DISPOSICION MICROFLUIDICA PARA LA DOSIFICACION DE FLUIDOS.

Disposición microfluídica para dosificar una o varias primeras cantidades dosificadas de líquido (A) y para separar éstas de una segunda cantidad de líquido (B),

que comprende las siguientes características:

- la disposición presenta un primer canal (2) y varios segundos canales (16);

- el canal (2) presenta una entrada (11) y una salida (12);

- la disposición presenta en la zona de la salida (12) una fuerza capilar que es superior o igual a la fuerza capilar en la zona de la entrada;

- los segundos canales (16) se ramifican en uno o varios puntos de derivación (4) del primer canal (2);

- los segundos canales (16) tienen una mayor fuerza capilar que el primer canal (2) en los puntos de ramificación (4);

- los segundos canales (16) tienen un volumen predeterminado;

- los segundos canales (16) empiezan en los puntos de ramificación (4) y terminan en un cierre de capilaridad (9);

- los segundos canales (16) están divididos en primeras secciones (6), segundas secciones (7) y terceras secciones (8), formando de esta manera un segundo sistema de canales;

- la primera sección (6) está diseñada en forma de ranura y constituye un canal, la segunda sección (7) está diseñada en forma de rebaje y la tercera sección (8) está diseñada en forma de ranura y forma un canal;

- la primera sección (6) está conectada al primer canal (2) en el punto de ramificación (4);

- en la primera sección se une la segunda sección (7);

- la tercer sección (8) se une a la segunda sección (7) y termina en el cierre capilar (9);

- en el cierre capilar (9) se une de manera correspondiente un tercer canal (10);

- cada uno de los terceros canales (10) presentan una segunda salida (13);

- las segundas salidas (13) presentan de modo correspondiente un cierre capilar;

- los canales (2, 16, 10) están dispuestos en forma de ranuras o cubetas en una superficie, estando recubiertos por una tapa

Disposición microfluídica para la dosificación de fluidos.

La presente invención se refiere a una disposición microfluídica para la dosificación y separación de una o varias primeras cantidades de fluido dosificadas con respecto a una segunda cantidad de fluido.

En el estado de la técnica se conocen diferentes disposiciones microfluídicas. Estas disposiciones microfluídicas son utilizadas, por ejemplo, para la dosificación e inyección de líquidos para análisis químicos en húmedo, bioquímicos y de diagnóstico. En ellos se procede, entre otros, al llenado de un elemento de volumen con una primera cantidad definida de líquido. Esta cantidad definida de líquido es separada de una segunda cantidad de líquido sobrante. La separación de la cantidad de líquido sobrante de la cantidad de líquido dosificada tiene lugar en la actualidad mediante elementos mecánicos o mediante una fase gaseosa. La fase gaseosa puede ser conseguida mediante la aspiración de la cantidad de líquido sobrante. De igual manera es posible que la cantidad de líquido sobrante sea "expulsada" por un impulso de presión de la cantidad de líquido dosificada.

Un inconveniente de las disposiciones microfluídicas conocidas hasta el momento para la dosificación y separación mediante una fase gaseosa, consiste en que para la generación de depresión o bien de sobrepresión (aspiración o expulsión) para la separación de la primera cantidad de líquido con respecto a la segunda, se deben prever medios de generación de presión mediante los cuales se genera la necesaria presión. Por el contrario, para la dosificación propiamente dicha no es necesaria una aportación de presión, puesto que las cantidades de líquido a dosificar son llenadas en el volumen de dosificación mediante fuerzas capilares. Esto se da a conocer, por ejemplo, en la publicación WO 99/46 045. Asimismo, la dosificación podría tener lugar básicamente con medios de generación de presión por la aspiración o insuflado. Esta posibilidad se ha mostrado ya, no obstante, en el pasado como compleja y es sustituida siempre que ello sea posible por el llenado mediante fuerzas capilares.

Por el documento US 2002/0195463 A1 (por ejemplo, figuras 12a, b) se conoce una disposición con la que se pueden transportar desde un primer canal cantidades de líquido a segundos canales para medir las cantidades de líquido en estos segundos canales. La cantidad sobrante de líquido del primer canal, que no puede ser recibida en los segundos canales, será alimentada mediante una diferencia de presión desde el primer canal. Los segundos canales desembocan en terceros canales. Estos terceros canales no se describen de forma adicional. En particular, no se describe que los líquidos sean tomados de los terceros canales.

Otra disposición microfluídica es conocida por el documento US 6.117.396. La disposición que se da a conocer en aquél documento posibilita de modo correspondiente la medición de primeras cantidades de líquido y la separación con respecto a una segunda cantidad de líquido. La disposición presenta de modo correspondiente un primer canal por intermedio del cual se llenan una serie de segundos canales. Las cantidades dosificadas pueden ser suministradas a terceros canales. No es posible la retirada de cantidades de líquido de los terceros canales.

La invención se plantea el objetivo, teniendo en cuanta los inconvenientes indicados de las disposiciones del estado de la técnica, de dar a conocer una disposición microfluídica en la que la separación de una o varias primeras cantidades de líquido dosificadas, con respecto a la segunda cantidad de líquido sobrante de modo global, se consiga sin medios generadores de presión.

Este objetivo se consigue mediante una disposición microfluídica según la reivindicación 1. La invención se basa en el concepto de utilizar fuerzas capilares, también para la separación de las cantidades de líquido dosificadas con respecto a las cantidades de líquido sobrantes. A efectos de que se puedan utilizar estas fuerzas capilares, la disposición microfluídica debe estar realizada de acuerdo con la forma definida en la reivindicación 1. Por esta razón, una disposición microfluídica según la invención, presenta un primer canal y varios segundos canales. El primer canal tiene una entrada y una salida. En la zona de la salida se produce una fuerza capilar más elevada que en la zona de la entrada. Los segundos canales se desvían en uno o varios puntos de derivación con respecto al primer canal y terminan en un medio para la retención de la corriente de líquido (medio de interrupción), que está realizado en forma de cierre capilar. En este caso, los dos canales tienen una fuerza capilar superior que el primer canal en los puntos de derivación. Además, los segundos canales tienen un volumen predeterminado. Para el transporte de líquidos se han dispuesto de manera correspondiente los canales de la disposición microfluídica. Esto es válido, por ejemplo, con respecto a las superficies en sección transversal, la disposición de las superficies transversales, las características superficiales y otros. Para un canal se trata de una ranura o de un rebaje en una superficie que está cerrado mediante una tapa. Un canal, en el sentido de la invención, puede ser básicamente cualquier estructura que sea apropiada para conducir líquido o un gas en el transporte en una dirección determinada.

Los segundos canales están divididos en tres secciones, de manera que los segundos canales constituyen un segundo sistema de canales. La primera y la segunda secciones están constituidas en forma de ranura, mientras que la segunda sección está constituida en forma de rebaje. La primera sección está unida al punto de derivación con el primer canal. La segunda sección se une a la primera sección. La tercera sección se une con la segunda sección y termina en el cierre capilar.

La fuerza capilar de las secciones del segundo sistema de canales aumenta ventajosamente desde los puntos de derivación hacia el cierre capilar.

En los cierres capilares en los extremos de los segundos canales se une, de manera correspondiente, un tercer canal. Estos terceros canales terminan en segundas salidas que presentan un cierre capilar. Con intermedio de la segunda salida con los cierres capilares es posible retirar los líquidos de los terceros canales.

La dosificación y la separación tienen lugar de manera tal que una cantidad de líquido que se encuentra en la entrada, a causa de la fuerza de la capilaridad que existe en la entrada, es aspirada al primer canal y transportada en la dirección de la salida. En la trayectoria desde la entrada a la salida, una parte de la cantidad de líquido transportada en el primer canal será transportada en los puntos de derivación de los segundos canales, puesto que los segundos canales en la zona del punto de derivación presentan una mayor fuerza capilar que el primer canal. Los segundos canales serán llenados con el líquido hasta que el volumen definido de cada segundo canal esté completamente lleno. La cantidad de líquido que se encuentre entonces en el primer canal o en la entrada será transportada a causa de la fuerza de la capilaridad dentro del primer canal hacia su salida. Si la totalidad de la cantidad de líquido sobrante ha sido transportada a la salida, en el primer canal se encuentra una fase gaseosa. Con respecto a esta fase de gas, la cantidad de líquido dosificada en el segundo canal es fluídicamente separada de la cantidad de líquido sobrante.

La fuerza capilar más elevada del segundo canal con respecto al primer canal en el punto de derivación puede ser alcanzada de esta forma, de manera que en la transición del primer canal al segundo canal se produzca una variación brusca de las características geométricas o una variación brusca de las características superficiales de la pared en la transición. Una medida de la fuerza de la capilaridad en la transición está constituida por la diferencia de presión que se puede calcular de acuerdo con la siguiente fórmula, que se ha dado a conocer, por ejemplo, en una publicación de Hosokawa y otros (K. Hosokawa, T. Fujii y I. Endo, "Hydrophobic Microcapillary vent for pneumatic manipulation of liquid in µ Tas", Proc. "Micro Total Analysis Systems '98", pp. 307 - 310, Banff, Canadá):

en la que ? y ? son la tensión superficial del líquido y el ángulo de borde entre el líquido y las paredes, w y h las medidas del canal por detrás de la transición, y W y H las...

1. Disposición microfluídica para dosificar una o varias primeras cantidades dosificadas de líquido (A) y para separar éstas de una segunda cantidad de líquido (B), que comprende las siguientes características:

- la disposición presenta un primer canal (2) y varios segundos canales (16);

- el canal (2) presenta una entrada (11) y una salida (12);

- la disposición presenta en la zona de la salida (12) una fuerza capilar que es superior o igual a la fuerza capilar en la zona de la entrada;

- los segundos canales (16) se ramifican en uno o varios puntos de derivación (4) del primer canal (2);

- los segundos canales (16) tienen una mayor fuerza capilar que el primer canal (2) en los puntos de ramificación (4);

- los segundos canales (16) tienen un volumen predeterminado;

- los segundos canales (16) empiezan en los puntos de ramificación (4) y terminan en un cierre de capilaridad (9);

- los segundos canales (16) están divididos en primeras secciones (6), segundas secciones (7) y terceras secciones (8), formando de esta manera un segundo sistema de canales;

- la primera sección (6) está diseñada en forma de ranura y constituye un canal, la segunda sección (7) está diseñada en forma de rebaje y la tercera sección (8) está diseñada en forma de ranura y forma un canal;

- la primera sección (6) está conectada al primer canal (2) en el punto de ramificación (4);

- en la primera sección se une la segunda sección (7);

- la tercer sección (8) se une a la segunda sección (7) y termina en el cierre capilar (9);

- en el cierre capilar (9) se une de manera correspondiente un tercer canal (10);

- cada uno de los terceros canales (10) presentan una segunda salida (13);

- las segundas salidas (13) presentan de modo correspondiente un cierre capilar;

- los canales (2, 16, 10) están dispuestos en forma de ranuras o cubetas en una superficie, estando recubiertos por una tapa.

2. Disposición microfluídica, según la reivindicación anterior, caracterizada porque una mayor fuerza capilar de los segundos canales (16) en los puntos de ramificación (4) con respecto a la fuerza capilar del primer canal (2) es ajustada al cambiar de manera brusca las características geométricas en las transiciones desde el primer canal (2) al segundo canal (16).

3. Disposición microfluídica, según una de las dos reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la mayor fuerza capilar de los segundos canales (16) en los puntos de ramificación (4) con respecto a la fuerza capilar del primer canal (2) es ajustada al cambiar repentinamente las características superficiales de las paredes en las transiciones desde el primer canal (2) a los segundos canales (16).

4. Disposición microfluídica, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque un recipiente de entrada (1) está conectado más arriba de la entrada (11) del primer canal (2).

5. Disposición microfluídica, según la reivindicación anterior, caracterizada porque el recipiente de entrada (1) tiene una capilaridad menor o igual a la del primer canal en la zona de la entrada (11).

6. Disposición microfluídica, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque un recipiente de salida (3) está conectado más abajo de la entrada (12) del primer canal (2).

7. Disposición microfluídica, según la reivindicación anterior, caracterizada porque el recipiente de salida (3) tiene una fuerza capilar que es superior o igual a la del primer canal (2) en la zona de la salida (12).

8. Disposición microfluídica, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el primer canal (2) está dividido en secciones entre la entrada (11) y la salida (12) y por lo tanto forma un primer sistema de canales.

9. Disposición microfluídica, según la reivindicación anterior, caracterizada porque las secciones del primer canal (2) tienen una fuerza capilar que aumenta desde la entrada (11) a la salida (12).

10. Disposición microfluídica, según la reivindicación anterior, caracterizada porque la fuerza capilar de las secciones (6, 7, 8) de los segundos canales (16) sigue siendo la misma o aumenta desde los puntos de ramificación (4) a los cierres capilares (9).

11. Disposición microfluídica, según la reivindicación anterior, caracterizada porque la fuerza capilar de los terceros canales (10) es superior o igual a la de los segundos canales (6, 7, 8).

12. Disposición microfluídica, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque las secciones (6, 7, 8, 10) individualmente o en su conjunto del primer sistema de canales (2), del segundo sistema de canales (16), del tercer sistema de canales (10) y/o del recipiente de salida están realizadas en forma de meandros.

13. Disposición microfluídica, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque todas las secciones (6, 7, 8), individualmente o en su conjunto, del primer canal (2), de los segundos canales (16) y/o de los segundos canales (10) están realizadas en forma de espacios huecos.

14. Disposición microfluídica, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por la disposición de un material absorbente en las secciones (6, 7, 8) individuales o en su conjunto del primer canal (2), de los segundos canales (16) y/o del tercer sistema de canales (10), y/o en el recipiente de salida (3).

15. Disposición microfluídica, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el primer canal (2) está unido en la zona del punto de derivación (4) con un canal de ventilación (5).

16. Soporte, en especial soporte para probetas, caracterizado porque presenta una disposición microfluídica, según una de las reivindicaciones 1 a 15.

17. Procedimiento para la dosificación de una o varias primeras cantidades dosificadas de líquido (A) y para la separación de éstas con respecto a una segunda cantidad de líquido (B), utilizando una disposición microfluídica, según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende las siguientes etapas:

- el líquido penetra con intermedio de la entrada (11) dentro de un primer canal (2) debido a la fuerza capilar presente en la entrada,

- el líquido es transportado en el primer canal (2) desde la entrada (11) a una salida debido a la fuerza capilar;

- el líquido es transportado hasta un primer punto de ramificación (4) en el que un primer segundo canal (16) se ramifica desde el primer canal;

- debido a la elevada fuerza capilar del segundo canal (16) en el punto de ramificación (4), una primera parte del líquido es transportada desde el primer punto de ramificación (4) al primer segundo canal (16) hasta que éste está completamente lleno con una primera cantidad de líquido (A);

- una segunda parte del líquido es transportada desde el primer punto de ramificación (4) a otros puntos de ramificación (4) en los que se ramifican otros segundos canales (16) desde el primer canal (2);

- tan pronto como el primero de los segundos canales (16) está completamente lleno y el líquido del primer canal ha alcanzado un punto de ramificación (4) de otros puntos de ramificación (4) debido a las fuerzas de capilaridad más elevadas de los segundos canales (16) en los puntos de ramificación adicionales (4), se transportan partes de la segunda parte de líquido de manera sucesiva desde los puntos de ramificación adicionales (4) hacia dentro de los otros segundos canales, hasta que estos ya están completamente llenos con otras cantidades de líquido (A), de manera que el llenado de uno de los segundos canales (16) empieza cuando el segundo canal (16) que empieza en el punto de ramificación anterior (4) está completamente lleno y el líquido del primer canal ha alcanzado el punto de ramificación que sigue al anterior;

- la parte del líquido que permanece después del último de los puntos de ramificación (4) en el primer canal (2) es separada como segunda cantidad de líquido (B) por una fase gaseosa con respecto a las primeras cantidades de líquido y es transportada por capilaridad a la salida (12) donde sale del primer canal (2).