ESTRUCTURA DE LÁMINA MICROFLUÍDICA PARA DOSIFICAR LÍQUIDOS.

Estructura microfluídica que comprende un sustrato (1), así como una lámina (2) pegada en plano al sustrato(1) con unas secciones o zonas no adheridas (25),

de manera que en una zona no adherida (25) se forma una cámara (6) o un canal (5) sobre la base del sustrato (21), que se caracteriza por que la lámina (2) es una lámina de varias capas, en particular es una lámina de dos capas, que consiste en una capa de sellado (4) dispuesta en un sustrato y de una capa protectora (3) dispuesta sobre ésta, y la capa de sellado(4) tiene una temperatura de fusión y/o de reblandecimiento inferior a la de la capa protectora (3), y en la zona marginal entre las secciones pegadas (24) y las no pegadas (25) se forma una cuña de material (11) debido al flujo viscoso del material de la lámina al unir la lámina (2) con el sustrato(1), que crea una transición entre la pared de la cámara y el sustrato(1) y eleva la pared de la cámara sobre la base de sustrato (21)

La presente invención se refiere a una estructura para dosificar un líquido en una red microfluídica conforme a la 5 reivindicación 1, así como a un método para fabricar una estructura de este tipo. La presente invención se ocupa de aquellas estructuras microfluídicas y de los dispositivos que aprovechan el efecto capilar o las diferencias de presión para conducir un líquido y en las cuales al menos una parte de las estructuras microfluídicas consta de cámaras y/o canales, que están formados por una lámina que cubre un sustrato en forma de placa. 10 De la tecnología actual se conocen estructuras de válvulas, en las cuales se emplea una membrana elástica para abrir y/o cerrar una válvula microfluídica. Así la patente americana 2005/0205816 A1 informa sobre una válvula para estructuras microfluídicas, en particular para controlar el flujo en un canal microfluídico, en el cual a través de una membrana flexible que está colocada sobre una pieza del canal de flujo se puede interrumpir el flujo. Para ello se aplica aire a presión en una cámara adyacente a la 15 membrana y la membrana desciende de manera que descansa en el recorrido del canal y lo cierra. La patente americana 5.811.291 describe un dispositivo microfluídico, que se fabrica por medio del laminado de dos láminas de polímeros, en particular de dos láminas de PE. Aquí las láminas se unen bajo la acción de la presión y del calor, de manera que en las zonas laminadas unidas se pueden formar cámaras y canales por las que circula el líquido. El objetivo de la patente 5.811.291 es en realidad crear una cubeta. 20 La patente americana 2006/0076068 describe una bomba microfluídica y una válvula microfluídica así como un método para su fabricación, donde la válvula se forma a través de una membrana que cubre las estructuras del canal en un material soporte. La válvula se fabrica empleando una laminación selectiva de manera que en la zona de la válvula la membrana no está fija. La patente americana 2006/0057030 describe un dispositivo microfluídico, el llamado MEMS para el transporte de 25 líquidos de un recipiente, de manera que el recipiente de líquido se encuentra sobre una placa base. La placa base con el recipiente o depósito y con un canal como estructuras conductoras de líquidos se recubre de una primera lámina polimérica. La primera lámina polimérica presenta aberturas hacia el depósito y hacia el canal. Una segunda lámina polimérica se dispone sobre la primera lámina polimérica, por lo que la segunda lámina está parcialmente abombada de manera que mediante el abombamiento se forman unas cámaras. Estas cámaras están separadas unas de otras y 30 rellenas de aire, por lo que al ejercer presión suficiente, por ejemplo, al comprimir las cámaras aparecen zonas de separación entre la primera y segunda lámina y el aire comprimido que fluye por las aberturas desplaza el líquido desde el depósito hacia el canal. La patente americana 6.902.706 B1 describe una válvula para el control de un líquido en un chip de análisis. La válvula comprende una lámina, que tapa los extremos del canal en un soporte. La lámina se abomba a modo de cúpula en la 35 zona de los extremos del canal y une los extremos del canal por medio de esta cámara tipo cúpula. Con ayuda de un actuador cónico neumático la cúpula puede descender de manera que se cierra la válvula. La patente americana 2005/0037471 A1 describe un método para fabricar una válvula microfluídica o una bomba microfluídica, en el cual un primer canal se amolda en una placa de plástico elastomérico plana. Se moldea un segundo canal en una segunda capa elastomérica. La primera placa se coloca con el lateral del canal sobre la superficie plana y 40 lisa de la segunda placa y se une a ésta. La placa inferior se coloca entonces con el segundo canal todavía abierto sobre un sustrato soporte plano y liso como por ejemplo sobre una placa de vidrio. Un líquido que atraviese el primer canal puede desviar la membrana formada por el material separador elastomérico en un punto de cruce del primer y segundo canal y actuar como válvula. La patente americana 2005102058816 A1 describe una válvula de membrana microfluídica. Para ello se emplea una 45 membrana flexible que se dispone sobre un canal de flujo. Creando una presión neumática o un vacío en una cámara conectada a la membrana, la membrana se desvía y cierra el canal de flujo o bien libera el canal de flujo. La patente americana 6.293.012 B1 publica un método para unir láminas de poliimida por la acción de la presión y de la temperatura. En la unión una zona de la lámina se estira en una cavidad al aplicar un vacío en esta zona, de manera que allí no existe fijación. 50 Para conseguir estructuras de válvulas o elementos dosificadores conforme a las publicaciones ya tratadas, se ha previsto el moldeo de estructuras de canales mediante la deformación de una lámina elastomérica o una placa de plástico elastomérico. El inconveniente es que para ello los contornos que se tienen que moldear se deben colocar en unas matrices de moldeo. La fabricación de dichas matrices microestructuradas tridimensionales es muy costosa. 55

Además las técnicas de trabajo mecánico para la fabricación de este tipo de matrices se han empleado por el momento solo hasta un tamaño de estructura determinado. Estructuras con unas dimensiones claramente inferiores a un micrómetro requieren un procedimiento fototécnico para la fabricación de matrices, lo que todavía incrementa más el coste de la matriz. Por lo tanto un cometido de la invención es conseguir un método de fabricación y poder fabricar las estructuras 5 microfluídicas con este método a un precio económico. Otro cometido de la invención es conseguir un método alternativo para la fabricación de estructuras microfluídicas con unas dimensiones del orden de los nanómetros o bien de los micrómetros, así como conseguir estas estructuras con mejores propiedades de flujo. A nivel técnico una válvula está formada principalmente por un elemento en el cual descansa una membrana elástica 10 sobre estructuras conductoras de fluido en un sustrato soporte y cierra estos canales de fluido en un estado relajado. Al aplicar una presión interna al líquido o bien mediante una presión externa sobre la válvula la membrana se desvía y libera el camino del fluido. También se sabe que las estructuras conductoras de fluidos se moldean en un material a base de placas elásticas y la red de fluido así obtenida se dispone sobre un sustrato plano. Para actuar con un objetivo sobre este tipo de canales y 15 controlarlos se revisten uno o varios sistemas de canales y por ejemplo se estiran o dilatan de forma neumática o hidráulica por lo que los canales se abren o cierran en otro nivel. Para fabricar este tipo de redes de fluidos se necesitan unas técnicas muy caras. Sobre esta base la idea es crear un método de fabricación simple para este tipo de estructuras, que no requiera ninguna estructuración previa de sustratos, láminas o membranas y permita fabricar una válvula fluídica en un turno de trabajo. 20 Además un cometido de la invención consiste en simplificar el funcionamiento de los elementos de mando o ajuste microfluídicos como las válvulas, para crear un elemento de mando o ajuste microfluídico pasivo con mejores propiedades para la conducción de líquidos. Los cometidos mencionados se resolverán mediante un elemento microfluídico conforme a la reivindicación 1 y un procedimiento o método para la fabricación de una estructura microfluídica de este tipo conforme a la reivindicación 28. 25 Se ha previsto conforme a la invención colocar una lámina plana sobre un sustrato plano, un soporte, en particular sellarla a este soporte. El sellado, en particular el laminado se realiza de tal forma que el soporte y la lámina se coloquen una sobre la otra. Luego se colocará una máscara (sello calentado) sobre la lámina. La máscara presenta una escotadura o abertura por lo que en la zona de la escotadura o abertura no tiene lugar ningún contacto entre la máscara (sello) y la lámina. 30 Por la acción del calor y de la presión del sello se crea un flujo de material del material de la lámina o del material del sustrato que se desplaza a las escotaduras y/o aberturas. De esta forma en la zona del borde interior de la escotadura o abertura se acumula entre el sustrato y la lámina una cantidad de material en forma de una cuña. Por cuña en el sentido de la invención se entiende una acumulación del material de la lámina y/o del sustrato en la zona 35 del borde de un trozo de lámina no fijado entre la lámina y el sustrato. De aquí que la cuña de material pueda ser de formas muy variadas, desde una forma abombada, una forma triangular, una forma de segmento circular, una forma elíptica así como...

1. Estructura microfluídica que comprende un sustrato (1), así como una lámina (2) pegada en plano al sustrato(1) con unas secciones o zonas no adheridas (25), de manera que en una zona no adherida (25) se forma una cámara (6) o un canal (5) sobre la base del sustrato (21), que se caracteriza por que la lámina (2) es una lámina de varias capas, en 5 particular es una lámina de dos capas, que consiste en una capa de sellado (4) dispuesta en un sustrato y de una capa protectora (3) dispuesta sobre ésta, y la capa de sellado(4) tiene una temperatura de fusión y/o de reblandecimiento inferior a la de la capa protectora (3), y en la zona marginal entre las secciones pegadas (24) y las no pegadas (25) se forma una cuña de material (11) debido al flujo viscoso del material de la lámina al unir la lámina (2) con el sustrato(1), que crea una transición entre la pared de la cámara y el sustrato(1) y eleva la pared de la cámara sobre la base de 10 sustrato (21). 2. Estructura microfluídica conforme a la reivindicación 1, que se caracteriza por que la temperatura de reblandecimiento de la capa de sellado (4) oscila entre 60ºC y 200ºC, en particular entre 85ºC y 110ºC. 3. Estructura microfluídica conforme a la reivindicación 1, que se caracteriza por que la temperatura de reblandecimiento de la capa protectora (3) oscila entre 150ºC y 350ºC, en particular entre 200ºC y 300ºC. 15 4. Estructura microfluídica conforme a una de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza por que se forma una red microfluídica por la cámara (6) y/o los canales (5) sobre la base de sustrato. 5. Estructura microfluídica conforme a una de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza por que se forman escotaduras (22) en el sustrato(1) en forma de canales y una cámara(6) o un canal(5) en la lámina cubre un extremo de una sección del canal(5) en un sustrato. 20 6. Estructura microfluídica conforme a la reivindicación 5, que se caracteriza por que las paredes de la sección del canal en un sustrato (1) forman un peldaño hacia la cámara (6) o un peldaño hacia el canal (5) en la lámina (2). 7. Estructura microfluídica conforme a una de las reivindicaciones 4 ó 6, que se caracteriza por que la cámara (6) o el canal (5) cubre una abertura de paso (8), en particular un orificio o perforación transversal (8) a través del sustrato (1). 8. Estructura microfluídica conforme a la reivindicación 7, que se caracteriza por que el borde exterior de la cámara(6) 25 se dispone de tal modo sobre la perforación transversal(8), que se crea una hendidura capilar de 1 micrómetro hasta 20 micrómetros, en particular de 3-10 micrómetros entre la pared de la cámara y el canto del escalón(12). 9. Estructura microfluídica conforme a la reivindicación 6 ó 7, que se caracteriza por que un canal (5) desemboca en el lado superior y en el lado inferior en la perforación transversal (8). 10. Estructura microfluídica conforme a la reivindicación 9, que se caracteriza por que en el lado superior y en el lado 30 inferior del sustrato se disponen las láminas (2). 11. Estructura microfluídica conforme a la reivindicación 1 ó 2, que se caracteriza por que la cámara (6) y/o el canal (5) tienen forma de disco en una sección transversal, en particular tienen forma de segmento esférico, siendo la anchura de la sección transversal al menos 20 veces la altura de la sección transversal y siendo el ángulo que forma la pared de la cámara en la zona del borde de la sección transversal con la base de sustrato(21) del orden de 1 hasta 20º, en 35 particular de 5 hasta 12º. 12. Estructura microfluídica conforme a la reivindicación 11, que se caracteriza por que la altura de la cámara en una primera zona de la sección transversal en un ápice(13) o vértice de la cámara es de 10 hasta 15 micrómetros, en una segunda zona de la sección transversal entre el ápice 813) y el borde es de 5-10 micrómetros y en una tercera zona marginal es de 0,1 a 5 micrómetros, de manera que a medida que varía la altura de la sección transversal las partículas 40 de fluido de diferentes dimensiones se disponen en distintas zonas de flujo. 13. Estructura microfluídica conforme a la reivindicación 12, que se caracteriza por que el fluido es sangre. 14. Estructura microfluídica conforme a la reivindicación 13, que se caracteriza por que los glóbulos rojos fluyen predominantemente en la primera zona, los trombocitos fluyen en la segunda zona predominantemente y el plasma sanguíneo fluye predominantemente en la tercera zona. 45 15. Estructuras microfluídicas conforme a la reivindicación 11, que se caracterizan por que el centro (13) de la cúpula hacia la base de sustrato (21) se baja frente a una zona exterior de manera que la distancia de la base de sustrato (21) desde el centro de la cúpula es inferior a la mitad de la distancia vertical máxima entre la pared de la cúpula y la base del sustrato (21). 16. Estructura microfluídica conforme a la reivindicación 15, que se caracteriza por que un canal (5) o una abertura de 50 paso (8), en particular una perforación transversal (8) se dispone por debajo de la cúpula de la cámara (13) y el centro de la cúpula desplazado hacia abajo actúa como punto iniciador capilar.

17. Estructura microfluídica conforme a una de las reivindicaciones 6 hasta 8, que se caracteriza por que el canto del escalón (12) forma un tope capilar, de manera que al actuar la pared de la cámara flexible se puede modificar de algún modo el espacio de separación entre la pared de la cámara y el borde del escalón, produciéndose una humectación de ese espacio. 18. Estructura microfluídica conforme a la reivindicación 11, que se caracteriza por que al menos dos extremos del 5 canal formados en el sustrato están cubiertos por la cámara en forma de cúpula. 19. Estructura microfluídica conforme a la reivindicación 18, que se caracteriza por que el sustrato (1) tiene una escotadura (22) en la zona que queda por debajo de la película o lámina no pegada, en particular en la base del sustrato, alejada de la lámina. 20. Estructura microfluídica conforme a la reivindicación 19, que se caracteriza por que la escotadura (22) tiene forma 10 de cuña o bien tiene una forma esférica o semiesférica o rectangular. 21. Estructura microfluídica conforme a la reivindicación 19, que se caracteriza por que el sustrato (1) es flexible, en particular puede ser sometido a una tensión flexural, en particular se puede doblar elásticamente de manera reversible en la región de la cuña. 22. Estructura microfluídica conforme a la reivindicación 21, que se caracteriza por que el sustrato (1) presenta 15 medios para la fijación mecánica. 23. Estructuras microfluídicas conforme a la reivindicación 22, que se caracteriza por que los medios de fijación son guías y puntos de apoyo (23). 24. Estructura microfluídica conforme a la reivindicación 1 ó 2, que se caracteriza por que el material del sustrato es elástico. 20 25. Estructura microfluídica conforme a la reivindicación 24, que se caracteriza por que el grosor del sustrato se reduce a lo largo de un segmento de extensión de una cámara y/o de un canal, de manera que esta región o zona se deforma por la fuerza de plegado reducida, es decir se produce un cambio en la sección transversal de la cámara de fluido o del canal de fluido en la lámina. 26. Estructura microfluídica conforme a la reivindicación 25, que se caracteriza por que un cuerpo o elemento de 25 apoyo (26), en particular un yunque, se dispone bajo el sustrato (1) para soportar el sustrato de peso reducido. 27. Estructura microfluídica conforme a la reivindicación 25 ó 26, que se caracteriza por que el canal de fluido forma una estrangulación o contracción ajustable doblando la estructura. 28. Método para fabricar una estructura microfluídica siguiendo las reivindicaciones anteriores, donde una película o lámina plana(2), que al menos tiene dos capas, se lamina sobre un sustrato plano tipo placa (1), de manera que la capa 30 de la lámina adyacente al sustrato, en particular la capa de sellado 84) presenta un punto de reblandecimiento y/o un punto de fusión inferiores a los de la lámina protectora externa(3), y donde para la laminación una máscara (31) con al menos una escotadura(22) o abertura presiona la lámina (2) sobre el sustrato bajo presión y/o bajo el efecto del calor, de manera que la lámina llega a una temperatura próxima a la temperatura de fusión y/o de reblandecimiento de la lámina de sellado adyacente al sustrato, en la cual existe un flujo viscoso de láminas y/o del medio del sustrato por la 35 zona de las escotaduras o de la abertura, de manera que se forma una cuña de material (11) y de tal manera que la lámina en la zona de la escotadura se abomba para formar una cámara. 29. Método conforme a la reivindicación 28, que se caracteriza por que se emplea una temperatura de laminado de 70ºC a 350ºC, en particular de 120 a 150ºC. 30. Método conforme a una de las reivindicaciones 28 ó 29, que se caracteriza por que la película o lámina (2) se 40 lamina en el sustrato (1) por medio de una máscara en forma de un cilindro troquelador de roscar. 31. Método conforme a una de las reivindicaciones 28 ó 29, que se caracteriza por que la lámina se lamina en el sustrato por medio de una máscara en forma de un laminador troquelador.