Válvulas microfluídicas con elemento flotante y procedimiento de fabricación.

Una microválvula de retención (1100) para controlar el flujo de un líquido,

que comprende un asiento de la válvula (210) compuesto por un material sustrato; una tapa de la válvula (220) dispuesta sobre el asiento de la válvula (210), un espacio definido entre el asiento de la válvula y la tapa de la válvula; y un elemento flotante (230) que se mueve en el espacio entre el asiento de la válvula (210) y la tapa de la válvula (220) mediante la aplicación de presión sobre el elemento flotante por el líquido para controlar pasivamente el flujo del líquido a través del asiento de la válvula (210) y la tapa de la válvula (220); caracterizada porque

el asiento de la válvula (210) comprende un asiento de la válvula multinivel que tiene una primera superficie (212) a un primer nivel y una segunda superficie (1102) a un segundo nivel por debajo del primer nivel, estando dispuesta la tapa de la válvula (220) en la primera superficie (212).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2007/075746.

Solicitante: CALIFORNIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 1200 EAST CALIFORNIA BLVD. M/C 201-85 PASADENA, CA 91125 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: HUMAYUN, MARK, S., TAI,YU-CHONG, CHEN,PO-JUI, RODGER,DAMIEN C.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B21D53/10 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B21 TRABAJO MECANICO DE LOS METALES SIN ARRANQUE SUSTANCIAL DE MATERIAL; CORTE DEL METAL POR PUNZONADO.B21D TRABAJO MECANICO O TRATAMIENTO DE CHAPAS, TUBOS, BARRAS O PERFILES METALICOS SIN ARRANQUE SUSTANCIAL DE MATERIAL; CORTE DE METALES POR PUNZONADO (trabajo mecánico o tratamiento de alambre B21F). › B21D 53/00 Fabricación de otros objetos especiales (fabricación de cadenas o de partes de cadenas B21L). › de partes de rodamiento; de mangos; de asientos para válvulas o de piezas similares.
  • F16K17/02 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F16 ELEMENTOS O CONJUNTOS DE TECNOLOGIA; MEDIDAS GENERALES PARA ASEGURAR EL BUEN FUNCIONAMIENTO DE LAS MAQUINAS O INSTALACIONES; AISLAMIENTO TERMICO EN GENERAL.F16K VALVULAS; GRIFOS; COMPUERTAS; FLOTADORES PARA ACCIONAMIENTO; DISPOSITIVOS PARA VENTILAR O AIREAR.F16K 17/00 Válvulas o charnelas de seguridad; Válvulas o charnelas de equilibrado (dispositivos limitadores de presión para receptáculos aerosoles B65D 83/70). › que se abren por exceso de presión de un lado; que se cierran por insuficiencia de presión de un lado (válvulas de retención F16K 15/00).

PDF original: ES-2533901_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Válvulas mlcrofluídlcas con elemento flotante y procedimiento de fabricación 5 CAMPO DE LA INVENCIÓN

El campo de la Invención se refiere a válvulas mlcrofluídlcas y, más especialmente, a microválvulas de retención para su uso en aplicaciones blomédlcas y mlcrofluídlcas.

INTRODUCCIÓN

Los dispositivos de válvulas mlcrofluídlcas se han utilizado en diversas aplicaciones biomédlcas. Una aplicación conocida es la Implantación de microválvulas de retención en un ojo para tratar el glaucoma. El glaucoma es una enfermedad ocular bien conocida que afecta a millones de personas. Las personas afectadas por esta enfermedad 15 requieren tratamiento de por vida. La enfermedad causa pérdida de campo visual y, si no se trata, puede dar lugar a una pérdida de visión permanente, y es una causa principal de ceguera en los Estados Unidos y en otros países. Se desconoce la causa exacta del glaucoma, aunque se caracteriza por cambios patológicos en el disco óptico y en las fibras nerviosas de la retina. Estudios sugieren que el desarrollo de la enfermedad puede atribuirse a diversos factores que Incluyen una elevación de la presión ¡ntraocular.

La presión ¡ntraocular de un ojo normal típicamente oscila de aproximadamente 1 a aproximadamente 21 mmHg, por ejemplo, aproximadamente 15 mmHg. Las presiones ¡ntraoculares de los ojos de pacientes con glaucoma a menudo exceden de 21 mmHg, aunque el glaucoma puede presentarse con presiones ¡ntraoculares normales. Se considera que las presiones ¡ntraoculares elevadas son responsables de dañar lentamente el nervio óptico lo que, a 25 su vez, puede causa puntos de ceguera en el campo visual. Puede producirse ceguera total si se destruye todo el nervio óptico.

Es sabido que Implantar dispositivos para el drenaje del líquido ocular puede reducir la presión ¡ntraocular. Un dispositivo de implante conocido es el denominado implante Molteno®. La generación anterior de implantes Molteno® 3 eran implantes fluidos sin válvulas con una placa escleral para promover la formación de una burbuja funcional y un tubo que se extiende dentro de la cámara anterior del ojo. El tubo permite que el humor acuoso fluya desde la cámara anterior a la placa donde se absorbe. Sin embargo, estos tipos de dispositivos de implante oculares están diseñados para el drenaje continuo y, por tanto, pueden dar lugar a un drenaje de líquido excesivo. Además, estos tipos de implantes no proporcionan un control del drenaje suficiente. Por tanto, los dispositivos de este tipo pueden 35 no ser óptimos para regular la presión ¡ntraocular.

Otro implante conocido es la denominado válvula Ahmed® fabricada por New World Medical, Inc. en Rancho Cucamonga, California. Esta válvula incluye un elemento restrictivo para reducir problemas de hipotonía de determinados implantes Molteno®. La válvula Ahmed® incluye un tubo de silicona unido a un cuerpo de polipropileno 4 y a una placa. El mecanismo de la válvula incluye dos membranas de elastómeros de silicona y la válvula está diseñada para abrirse a un determinado umbral de presión (aproximadamente 8 mmHg).

La válvula Ahmed®, sin embargo, puede mejorarse para potenciar la regulación de la presión ¡ntraocular. Inicialmente, el implante de la válvula Ahmed® puede ser complicado debido al gran tamaño del dispositivo. 45 Adicionalmente, el implante de la válvula Ahmed® requiere el uso de sutura, lo cual no es deseable. Además, la válvula Ahmed® implica el uso del efecto Venturi para reducir el caudal, pero no se prevé bloqueo o corte del flujo a presiones más altas. En otras palabras, la válvula Ahmed®, al igual que el implante Molteno® no permite una funcionalidad de «paso de banda» y no es capaz de prevenir el drenaje excesivo de líquido a altas presiones ¡ntraoculares, por ejemplo, presiones ¡ntraoculares temporalmente elevadas debido a frotamiento o presión del ojo.

En referencia a la figura 1, las microválvulas de retención conocidas, incluyendo aquellas válvulas utilizadas para tratar la presión ¡ntraocular y en otras aplicaciones médicas, como los implantes Molteno® sin flujo, se caracterizan por la presión de apertura y/o fuga inversa. La presión de apertura es la presión mínima requerida para abrir una válvula para el avance del flujo de secreción. Como se muestra en la figura 1 en la que el eje «x» representa la 55 presión del líquido y el eje «y» representa el caudal correspondiente, tras exceder la presión de apertura, la relación presión/flujo de secreción no es ideal ni lineal. En cambio, la relación de las microválvulas de retención no es lineal.

Además, los dispositivos de microválvula de retención conocidos, incluyendo la válvula Ahmed®, se caracterizan por fuga inversa, lo que supone reflujos de líquido negativos y partículas a través de la válvula (que debería estar

cerrada) y dentro del ojo. Este comportamiento bidireccional de la válvula Imperfecto limita el uso práctico de las microválvulas de retención conocidas como un componente de control del flujo en sistema microfluídicos integrados, especialmente en operaciones de presión/caudal en miniatura, y estos comportamientos existen independientemente de si las microválvulas de retención se fabrican mediante micromaquinización en volumen 5 mediante grabado selectivo de un sustrato de silicona o mediante procedimientos de micromaquinización de superficie, lo que supone la formación de estructuras sobre una superficie.

Por tanto, la presión de apertura y la fuga inversa continúan teniendo problemas técnicos con las microválvulas de retención conocidas, y las microválvulas de retención no son capaces de alcanzar ni presión de apertura cero ni fuga 1 inversa cero en un único dispositivo. Dichos dispositivos de microválvula de retención pueden además mejorarse de otras formas, por ejemplo, proporcionando controles de flujo adicionales, lo que mejoraría la regulación infraocular y otras aplicaciones biomédicas en las que están implicados los dispositivos microfluídicos, y proporcionando dispositivos más pequeños que puedan implantarse más fácilmente y sin sutura (p. ej., en el caso de un implante ocular).

En el documento US 23/116738 A1 se describe una válvula microfluídica según el preámbulo de la reivindicación 1.

Por tanto, sería deseable contar con microválvulas de retención implantables con presión de apertura y fuga inversa 2 mejorada para proporcionar una relación presión de fluido/caudal lineal o ideal en lugar de relaciones no lineales como se muestra en la figura 1. Estos dispositivos potenciarán diversas aplicaciones biomédicas incluyendo la aplicación de laboratorio en un semiconductor, administración de fármacos, regulación de líquidos y otras aplicaciones. Además, sería deseable contar con microválvulas de retención que sean fáciles de implantar en el ojo de un paciente y que sean capaces de regular la presión infraocular de forma más eficaz y con mejor control del flujo 25 de secreción, por ejemplo, microválvulas de retención que permitan que el flujo de secreción esté dentro de un determinado intervalo de presiones o que sirvan como reguladores de microflujo de «paso de banda» que permitan prevenir un drenaje excesivo durante presiones infraoculares temporalmente elevadas causadas por frotamiento, presión o golpe en el ojo. También sería deseable poder contar con microválvulas de retención implantables que puedan implantarse sin sutura. También sería deseable ser capaz de fabricar dichos dispositivos de microválvula de 3 retención a escala comercial usando tecnologías de micromaquinización de superficie y sistemas microeletromecánicos (MEMS). Estas capacidades podrían potenciar diversas aplicaciones biomédicas y el tratamiento del glaucoma y otras afecciones y estados físicos dependientes de presión.

RESUMEN

La invención es una válvula microfluídica según la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se establecen desarrollos adicionales de la invención.

En una o más realizaciones, el asiento de la válvula define un puerto y la tapa de la válvula define al menos un 4 orificio. El elemento flotante puede ser sólido o definir un orificio. Por ejemplo, el puerto puede estar definido por un centro del asiento de la válvula, un orificio puede estar definido a través de un centro del elemento flotante y la tapa de la válvula puede definir varios orificios dispuestos de forma circular alrededor del puerto y el orificio del elemento flotante. En una configuración el líquido puede fluir a través de un orificio de la tapa de la válvula, a través de un orificio del elemento flotante y a través del puerto cuando el elemento flotante es empujado por el líquido contra el 45 asiento de la... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Una microválvula de retención (11) para controlar el flujo de un liquido, que comprende un asiento de la válvula (21) compuesto por un material sustrato; una tapa de la válvula (22) dispuesta sobre el asiento de la

válvula (21), un espacio definido entre el asiento de la válvula y la tapa de la válvula; y un elemento flotante (23) que se mueve en el espacio entre el asiento de la válvula (21) y la tapa de la válvula (22) mediante la aplicación de presión sobre el elemento flotante por el liquido para controlar pasivamente el flujo del líquido a través del asiento de la válvula (21) y la tapa de la válvula (22); caracterizada porque

el asiento de la válvula (21) comprende un asiento de la válvula multinivel que tiene una primera superficie (212) a un primer nivel y una segunda superficie (112) a un segundo nivel por debajo del primer nivel, estando dispuesta la tapa de la válvula (22) en la primera superficie (212).

2. La microválvula de retención (11) de la reivindicación 1, en la que el asiento de la válvula (21)

define un puerto (215) y la tapa de la válvula (22) define al menos un orificio (225), estando el puerto (215) y el al

menos un orificio (225) en comunicación fluida entre sí.

3. La microválvula de retención (11) de la reivindicación 2, en la que el elemento flotante (23) define

un orificio.

4. La microválvula de retención (11) de la reivindicación 3, en la que el liquido puede fluir a través de al menos un orificio (225) de la tapa de la válvula (22), a través del orificio del elemento flotante (23) y a través del puerto (215) cuando el elemento flotante (23) es empujado por el líquido contra el asiento de la válvula (21).

5. La microválvula de retención (11) de la reivindicación 3, en la que el liquido no puede fluir a través

del al menos un orificio (225) de la tapa de la válvula (22) cuando el elemento flotante (23) es empujado por el líquido contra la tapa de la válvula (22).

6. La microválvula de retención (11) de la reivindicación 3, en la que el puerto (215) se define a través 3 del centro del asiento de la válvula (21), el orificio del elemento flotante (23) se define a través del centro del

elemento flotante y la tapa de la válvula (22) define varios orificios (225) que están colocados de forma radial hacia el exterior en relación con el puerto (215) y el orificio del elemento flotante (23).

7. La microválvula de retención (11) de la reivindicación 2, en la que el elemento flotante (23) es 35 sólido.

8. La microválvula de retención (11) de la reivindicación 7, en la que el liquido puede fluir a través del puerto (215), sobre el elemento flotante (23) y a través del al menos un orificio (225) cuando el elemento flotante (23) es empujado por el líquido contra la tapa de la válvula (22).

9. La microválvula de retención (11) de la reivindicación 7, en la que el liquido no puede fluir a través del puerto (215) cuando el elemento flotante (23) es empujado por el líquido contra la tapa de la válvula (21).

1. La microválvula de retención (11) de la reivindicación 1, en la que el material sustrato es silicio y la 45 tapa de la válvula (22) y el elemento flotante (23) son de un material polimérlco.

11. La microválvula de retención (11) de la reivindicación 1, en la que el asiento de la válvula (21), la tapa de la válvula (22) y el elemento flotante (23) se configuran para un flujo continuo del liquido, cero presión de apertura y cero fuga inversa.

12. La microválvula de retención (11) de la reivindicación 1, en la que el asiento de la válvula (21), la tapa de la válvula (22) y el elemento flotante (23) se configuran para controlar el flujo de un líquido corporal, agua, una solución o un fármaco o medicación.

13. La microválvula de retención (11) de la reivindicación 1, en la que el asiento de la válvula multinivel

(21), la tapa de la válvula (22) y el elemento flotante (23) se configuran para permitir el flujo del fluido cuando la

presión de dicho fluido está entre una presión umbral y una presión de corte.

14. La microválvula de retención (11) de la reivindicación 13, en la que el asiento de la válvula multinivel

(21), la tapa de la válvula (22) y el elemento flotante (23) se configuran para detener el flujo del fluido cuando la presión de dicho fluido excede la presión de corte.

15. La microválvula de retención (11) de la reivindicación 1, en la que el asiento de la válvula (21) 5 define un puerto de fluido (215) y al menos un canal de fluido (121) en comunicación fluida con el puerto de fluido

(215), y el elemento flotante (23) puede curvarse bajo la presión del fluido entre una forma plana para sellar temporalmente el al menos un canal de fluido (121) y una forma arqueada.

16. La microválvula de retención (11) de la reivindicación 15, en la que el elemento flotante (23) puede 1 curvarse bajo la presión del fluido por debajo de la primera superficie (212) y hacia la segunda superficie (112) para

abrir el al menos un canal de fluido (121) y permitir que el fluido fluya a través del canal de fluido y el puerto de fluido.

17. La microválvula de retención (11) de la reivindicación 15, en la que el elemento flotante (23) puede 15 curvarse además bajo la presión de fluido para entrar en contacto con la segunda superficie (112) y sellar el puerto

(215) para bloquear el fluido y evitar que fluya a través del asiento de la válvula (21).

18. La microválvula de retención (11) de la reivindicación 1, en la que el elemento flotante (23) se puede curvar.


 

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