Un dispositivo microfluídico que comprende unos pasos de entrada primero y segundo para unos fluidosinmiscibles respectivos,

uniéndose los pasos de entrada primero y segundo para dar un tercer paso a lo largo delcual, durante el uso, fluyen los dos fluidos en unas condiciones de flujo laminar paralelo, estando el tercer pasoformado con un estrangulamiento o una región de energía superficial cambiada o una región de ángulo de contactoalterado o alterable o uno o más pasos adicionales que se unen con el tercer paso lo que da lugar a que, durante eluso, los dos fluidos formen un flujo de segmentos alternos aguas abajo del estrangulamiento o la región de energíasuperficial cambiada o la región de ángulo de contacto alterado o alterable o el uno o más pasos adicionales que seunen con el tercer paso.

Dispositivo microfluídico y procedimientos para su construcción y aplicación.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a conjuntos y dispositivos microfluídicos, procedimientos para su construcción con realizaciones preferidas y metodologías para el funcionamiento operativo de los mismos.

Antecedentes

{0002] La miniaturización de procesos químicos sobre plataformas basadas en chips posibilita una multitud de aplicaciones industriales novedosas de la química, bioquímica, ciencia biomolecular y ciencia de partículas existentes y nuevas tanto en análisis, síntesis, montaje, toma de decisiones e informática. Por ejemplo, la síntesis molecular en reactores de escala micrométrica se beneficia de (i) cinética de reacción rápida, y (ii) áreas de alta especificidad lo cual facilita un mayor control de, y/o el uso de, unas reacciones sumamente exotérmicas. Muchos avances en la así denominada microfluídica se han hecho en los últimos años. Sin embargo, los dispositivos y procedimientos conocidos para la manipulación de fluidos en tubos, conductos y vasos miniaturizados no han cumplido la totalidad de los requisitos de la industria. Por ejemplo, la esterilización de, y el mantenimiento de una atmósfera inerte en, los conductos microfluídicos sigue siendo un problema obstaculizado por los materiales a partir de los cuales se han construido muchos dispositivos. Adicionalmente, el uso de fluidos sumamente corrosivos y altas temperaturas requiere de nuevo una atención muy estricta a los materiales a partir de los cuales se fabrican los dispositivos, lo que, a su vez, tiene una seria implicación para la fabricación en masa de tales dispositivos y conjuntos de los mismos. Por consiguiente, ha de prestarse una atención especial a la idoneidad de los materiales de construcción, los costes unitarios de fabricación, la rapidez de fabricación, incluyendo el tiempo de mecanizado para la producción en masa, y el traslado de procedimientos de elaboración de prototipos para la producción en masa. Los materiales de construcción pueden incluir vidrio, cerámica, acero inoxidable y otros metales o aleaciones, silicio, polímeros, papel y otros. Los sustratos a base de vidrio se han fabricado con éxito, pero están limitados, en cierta medida, por la complejidad de la geometría en 3 dimensiones que es factible de manera rentable. Asimismo, las soluciones de interconexión fluídica externa siguen siendo rudimentarias. Los vidrios fotoestructurables (por ejemplo, Fotoran fabricado por Schoot) son muy caros, a veces de 200 veces el coste de los sustratos de polímero, y requieren varias etapas de procesamiento caras y peligrosas (por ejemplo, el uso de HF) y de equipo especializado (por ejemplo, óptica a base de cuarzo para litografía) . Pueden fabricarse virutas de acero inoxidable pero están limitadas con respecto a las geometrías en 3 dimensiones alcanzables y la calidad superficial posible, incluso con Mecanizado por MicroElectroDischarge, es con frecuencia de una resolución insuficiente para las aplicaciones microfluídicas. La técnica adolece de una producción de altos costes unitarios y una disponibilidad muy limitada de herramientas de mecanizado de alta resolución. Los dispositivos microfluídicos a base de silicio, tal como los microrreactores, se han fabricado y se benefician de las herramientas disponibles para el micromecanizado de silicio y procedimientos de unión por fusión/ anódica para unir entre sí dispositivos de múltiples capas. No obstante, el silicio es relativamente caro para la fabricación en masa de virutas de formato relativamente grande, las cuales pueden tener a veces una vida útil corta. Además, con excepciones, las soluciones de interconexión siguen siendo poco elegantes y de baja presión y el silicio impide el uso de campos eléctricos de alta intensidad de campo para la generación de un flujo electrocinético y ciertos procesos de purificación molecular.

{0003] Muchos polímeros (por ejemplo, polisulfona, policarbonato, polimetilmetacrilato) se han utilizado para la fabricación de microrreactores, pero la mayor parte ha sido poco adecuada para su uso con líquidos muy agresivos tal como ácidos (por ejemplo, ácido nítrico) y disolventes (por ejemplo, acetonitrilo) . Además, la presencia de ciertas sustancias incorporadas en la matriz de polímero, tal como plastificantes, puede dar lugar a contaminación durante el uso, debido a que estos compuestos lixivian a partir de la matriz de sustrato a los fluidos en el interior de los conductos sobre la viruta. En particular, para muchas reacciones sintéticas el material de sustrato preferido sería un fluoropolímero tal como politetrafluoroetileno (C2 F4) n [PTFE]. No obstante, el PTFE y las variantes relacionadas se micromecanizan con menos facilidad para proporcionar unos conductos fluídicos de dimensiones de micrómetros y muy difíciles de unir consigo mismo para formar unos conductos de microrreactor incluidos. Es un fin de la presente invención que se da a conocer en el presente documento la provisión de una solución rentable a los últimos problemas técnicos y posibilitan la fabricación de unas plataformas basadas en chips adecuadas para un amplio intervalo de operaciones de diagnóstico y de síntesis a escala industrial.

{0004] Adicionalmente, el flujo de fluido en los conductos de escala microscópica se caracteriza por unas condiciones de flujo laminar que resultan de unos regímenes de número de Reynolds característicamente bajos. Esto da lugar a un problema con el mezclado de fluidos y es un fin de la invención que se da a conocer en el presente documento la provisión de una solución para esta cuestión técnicamente limitante. Asimismo, el flujo de fluido en conductos de escala micrométrica se caracteriza habitualmente por unas corrientes continuas de una fase de fluido dada. Un procedimiento diferenciado es aquel en el que se da lugar a que los fluidos en fase inmiscible fluyan a lo largo de un conducto en alícuotas discontinuas en serie. La generación de tales corrientes de flujo segmentadas puede posibilitarse poniendo juntas dos corrientes de los fluidos inmiscibles y dando lugar a que éstas se unan en un así denominado punto de unión en T. La presente metodología no ha cumplido la totalidad de las necesidades de la industria. Por ejemplo, tales configuraciones de dispositivo son con frecuencia estables sólo para un estrecho intervalo de condiciones de caudal absoluto y los caudales relativos de los líquidos en fase inmiscible. En particular, puede ser difícil de controlar la generación de corrientes de flujo segmentadas con volúmenes iguales de las fases inmiscibles, especialmente a los bajos caudales requeridos por muchas aplicaciones. Además, la contrapresión puede ser considerable, especialmente en los conductos de dimensiones estrechas (< 100 micrómetros de anchura, profundidad, ambas o diámetro) y muy estrechas (< 25 micrómetros anchura, profundidad, ambas o diámetro) . Es, por lo tanto, un fin de la invención que se da a conocer en el presente documento, la provisión de unas soluciones mejoradas para la generación y la manipulación posterior de corrientes de flujo segmentadas en conductos de escala micrométrica.

{0005] Los dispositivos para la manipulación de fluidos pueden usarse para fines analíticos y de síntesis. Con frecuencia, para un amplio intervalo de funcionamientos operativos tanto en técnicas analíticas como de síntesis, es necesario eluir unos volúmenes precisos de los fluidos de una forma sumamente repetible. Por ejemplo, en las titulaciones, procedimientos de ‘dividir y mezclar’, formación de micropartículas tal como células artificiales y nanopartículas tal como puntos cuánticos. Debido a que los volúmenes de los líquidos son habitualmente muy pequeños, con frecuencia es difícil cumplir los rigurosos requisitos de la industria y las soluciones hasta la fecha son en general insuficientes para cumplir todas las necesidades. Es un fin adicional de la invención que se da a conocer en el presente documento la provisión de unas configuraciones de dispositivo y procedimientos que aporten mejoras sustanciales a los actualmente disponibles. Además, pese a que los dispositivos y procedimientos actualmente disponibles para la elución volumétrica controlada de los líquidos, no cumplen las necesidades actuales, la manipulación posterior de pequeños volúmenes de líquido también requiere mejoras. En particular, existe una necesidad de aportar mejoras a las técnicas para alterar la morfología de las muestras de líquido, su conversión a formas no líquidas y la capacidad de encapsular tales muestras pequeñas con películas de otros materiales. Es también... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo microfluídico que comprende unos pasos de entrada primero y segundo para unos fluidos inmiscibles respectivos, uniéndose los pasos de entrada primero y segundo para dar un tercer paso a lo largo del cual, durante el uso, fluyen los dos fluidos en unas condiciones de flujo laminar paralelo, estando el tercer paso formado con un estrangulamiento o una región de energía superficial cambiada o una región de ángulo de contacto alterado o alterable o uno o más pasos adicionales que se unen con el tercer paso lo que da lugar a que, durante el uso, los dos fluidos formen un flujo de segmentos alternos aguas abajo del estrangulamiento o la región de energía superficial cambiada o la región de ángulo de contacto alterado o alterable o el uno o más pasos adicionales que se unen con el tercer paso.

2. Un dispositivo microfluídico tal como se reivindica en la reivindicación 1, en el que las partes de aguas abajo de los pasos de entrada se extienden una en paralelo con otra antes de unirse para formar el tercer paso.

3. Un dispositivo microfluídico tal como se reivindica en cualquier reivindicación anterior, que comprende un paso de entrada adicional para un tercer fluido, uniéndose el paso de entrada adicional para dar el tercer paso aguas arriba del estrangulamiento o de la región de energía superficial cambiada o de la región de ángulo de contacto alterado o alterable o del uno o más pasos adicionales que se unen con el tercer paso.

4. Un dispositivo microfluídico tal como se reivindica en cualquier reivindicación anterior, en el que el paso tercero o de salida se forma con un segundo estrangulamiento o una segunda región de energía superficial cambiada o una segunda región de ángulo de contacto alterado o alterable o uno o más pasos adicionales que se unen con el tercer paso aguas abajo del primer estrangulamiento o de la región de energía superficial cambiada o de la región de ángulo de contacto alterado o alterable o del uno o más pasos adicionales que se unen con el tercer paso.

5. Un dispositivo microfluídico tal como se reivindica en cualquier reivindicación anterior, en el que el dispositivo comprende dos capas de sustrato a base de fluoropolímero distintas que comprenden fluoropolímero a granel o recubrimientos de fluoropolímero o a base de fluoropolímero aplicados a capas de sustrato de material a granel no de fluoropolímero.

6. Un dispositivo microfluídico tal como se reivindica en cualquier reivindicación anterior, en el que el tercer paso está dotado de una ampliación en sección transversal aguas abajo del estrangulamiento o de la región de energía superficial cambiada o de la región de ángulo de contacto alterado o alterable o del uno o más pasos adicionales que se unen con el tercer paso, siendo la ampliación suficiente para permitir la expansión de los segmentos desde una geometría no esférica hasta una esférica, ya no estando más las capas límite de cada segmento en un contacto cortante íntimo con las paredes del tercer paso.

7. Un dispositivo microfluídico tal como se reivindica en cualquier reivindicación anterior, que además comprende una fuente de radiación electromagnética para polimerizar o reticular el contenido o parte de los segmentos de líquido producidos aguas abajo del estrangulamiento o de la región de energía superficial cambiada o de la región de ángulo de contacto alterado o alterable o del uno o más pasos adicionales que se unen con el tercer paso.

8. Un procedimiento de producción de un flujo segmentado de unos fluidos inmiscibles primero y segundo que comprende

(i) proporcionar un dispositivo microfluídico que tiene dos pasos de entrada que se unen para dar una primera canalización que está dotada de un estrangulamiento o una región de energía superficial cambiada o una región de ángulo de contacto alterado o alterable o uno o más pasos adicionales que se unen con el tercer paso

(ii) dar lugar a que los fluidos inmiscibles primero y segundo fluyan en unas condiciones de flujo laminar a lo largo de dicha primera canalización,

en el que el estrangulamiento o la región de energía superficial cambiada o la región de ángulo de contacto alterado

o alterable o el uno o más pasos adicionales que se unen con el tercer paso da lugar a que los fluidos inmiscibles primero y segundo formen un flujo de segmentos alternos aguas abajo del estrangulamiento o de la región de energía superficial cambiada o de la región de ángulo de contacto alterado o alterable o del uno o más pasos adicionales que se unen con el tercer paso.

9. Un procedimiento tal como se reivindica en la reivindicación 8, en el que los fluidos inmiscibles primero y segundo se exponen a radiación ultravioleta aguas abajo del estrangulamiento o la región de energía superficial cambiada o la región de ángulo de contacto alterado o alterable; o el uno o más pasos adicionales que se unen con el tercer paso.

10. Un procedimiento tal como se reivindica en la reivindicación 8 o la reivindicación 9, en el que los contenidos o parte de los segmentos de líquido se polimerizan o se reticulan mediante una exposición a radiación electromagnética.

11. Un procedimiento tal como se reivindica en una cualquiera en las reivindicaciones 8 a 10, que comprende dar

lugar a que unos segmentos de por lo menos uno de los fluidos primero y segundo formen una forma sustancialmente esférica.