OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención trata de un dispositivo de capilahdad de fluidos, dentro del campo de la tecnología fluídica autoalimentada y de especial aplicación en ensayos en los que se utilizan pequeñas cantidades de reactivos, muestras y soluciones.

El dispositivo comprende un cuerpo dotado de canales y válvulas por el que fluyen varios fluidos, gracias a las cuales se controlan las secuencias predeterminadas de los fluidos eliminando la difusión y la mezcla incontrolada entre soluciones y/o reactivos dentro de un proceso fluídico de capilahdad.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Son conocidos en el estado de la técnica varios dispositivos de capilahdad de microfluidos relacionados con el control de secuencias de los flujos, como, por ejemplo, el que se divulga en el documento US7695687B2 que es un sistema capilar para realizar ensayos de superficie que comprende una bomba de capilahdad que contiene al menos dos zonas con diferentes presiones capilares para obtener un caudal controlado de los microfluidos. Las diferentes zonas de presión pueden crearse por vahos medios, como por ejemplo creando postes en la bomba de capilahdad, teniendo diferentes tamaños de capilares, cambiando las propiedades de humectación, definiendo la fricción o por combinaciones de cualquiera de los anteriores. El sistema capilar se utiliza en vahos ensayos de superficie y puede programarse para definir el volumen y la velocidad del microfluído que fluye a través de las zonas de ensayo.

Asimismo, el documento WO2017066884A1 divulga un dispositivo microfluídico que incluye un circuito capilar que tiene un canal principal y un depósito de muestras que están conectados fluidamente y separados entre sí por una válvula de liberación de muestras formada integralmente con el circuito capilar.

Sin embargo, en este tipo de sistemas suele haber difusiones entre las secuencias preprogramadas, alterando los resultados de los ensayos y adicionalmente, la fabricación de dichos dispositivos suele ser muy costosa.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención trata de un dispositivo de capilaridad de fluidos, destinado a controlar el flujo de al menos dos fluidos según una secuencia de trayectoria preprogramada, que comprende un cuerpo, donde el cuerpo comprende un reservorio principal destinado a alojar un primer fluido, un canal principal conectado al reservorio principal, al menos un segundo reservorio destinado a alojar un segundo fluido, al menos un canal secundario conectado al segundo reservorio y un elemento de atracción de líquido conectado al canal principal que proporciona una presión externa generando un flujo de los fluidos por los canales mediante acción capilar.

El cuerpo comprende asimismo una cámara de aire, conectada al canal secundario, al menos una válvula de retención capilar, que está conectada al extremo de cada canal secundario y está enfrentada a la cámara de aire, donde la válvula de retención capilar está destinada a retener el segundo fluido y al menos dos canales de válvula, que conectan la cámara de aire y el canal principal, en el que la presión capilar entre los canales de válvula es distinta permitiendo el paso de los fluidos según una secuencia predeterminadas.

De esta manera, el segundo líquido se libera hacia el canal principal de una manera controlada, evitando la difusión no deseada entre fluidos en secuencias de fluidos preprogramadas. Gracias a la configuración de la válvula de retención, la cámara de aire y los canales de válvula, el segundo fluido únicamente atraviesa la cámara de aire una vez el primer fluido ha sido evacuado del canal principal y de esta manera los fluidos no se mezclan de un modo indeseado. El término fluidos hace referencia durante toda la redacción a microfluidos, milifluidos y líquidos.

El dispositivo se basa en el efecto de capilaridad pasiva, que depende de la geometría y de las propiedades de la superficie para controlar el flujo de los fluidos. Así, la válvula de retención capilar puede ser una protuberancia que se extiende desde el fondo del canal secundario reduciendo la profundidad del mismo de manera que crea un tipo de válvula que reduce significativamente la curvatura del menisco del fluido y la presión capilar se reduce hasta prácticamente cero. Alternativamente, la válvula de retención capilar es un canal intermedio de menor anchura que el canal secundario.

Las canales de válvula capilar están formadas como intersecciones del canal principal, donde el fluido alojado en estas intersecciones queda retenido por un periodo de tiempo hasta que su liberación es activada por otro fluido en el canal principal.

Las canales de válvula so canales más estrechos que el canal principal donde estos se intersecan con el canal principal. Las canales de válvula pueden ser un primer canal y un segundo canal por cada segundo reservorio, en el que el primer canal es un canal con una profundidad mayor que el segundo canal, de manera que la resistencia que presenta es menor y el líquido entra antes en el primer canal. La cámara de aire es un canal dispuesto transversalmente a las válvulas de retención donde el canal puede ser de forma cuadrangular, esférica, ovalada, curvada etc.

El cuerpo puede comprender un reservorio entre el elemento de atracción de líquido y el canal principal, en el que se pueden mezclar los fluidos, incorporar un (bio)sensor o incubar una muestra o solución. El dispositivo está destinado a controlar la secuencia de un fluido principal, que suele ser la muestra o solución de activación del sistema y al menos un fluido secundario, que son los reactivos o las soluciones auxiliares. Preferentemente hay un fluido secundario distinto por cada segundo reservorio.

El elemento de atracción de líquido puede ser una bomba de capilahdad, una bomba de vacío o un material absorbente como un papel absorbente, entre otros.

La cámara de aire o “void cámaras” es una cámara que tiene aire o cualquier otro gas como dinitrogeno, N2, en su interior.

El cuerpo puede comprender una protuberancia de retención preferiblemente alojada en el canal principal entre el reservorio principal y las canales de válvula.

Preferiblemente el cuerpo está formado por un material hidrófilo como por ejemplo de polidimetilsiloxano (PDMS) que se trataría para que fuese hidrófilo, obtenido mediante un molde impreso en 3D o por cualquier método de fabricación convencional cómo litografía blanda (soft lithography). El cuerpo se puede imprimir directamente con una impresora 3D y utilizar adhesivo para sellar el cuerpo y formar así los canales fluídicos. Alternativamente el material del cuerpo puede ser de cualquier otro material mientras que exista capilahdad entre el fluido y el cuerpo.

El proyecto de la presente invención ha recibido financiación del programa de investigación e innovación “Horizonte 2020” de la Unión Europea en el marco del acuerdo de subvención Marie Sklodowska-Cuhe n ^Q 813863.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1 Muestra una primera realización de un dispositivo de capilaridad.

Figura 2.- Muestra una vista en perspectiva de un detalle de una primera configuración.

Figura 3.- Secuencia de imágenes creadas por dinámica de fluidos computacional que muestra el funcionamiento de la válvula de capilaridad.

Figura 4.- Muestra una segunda configuración de un dispositivo.

Figura 5.- Muestra una tercera configuración de un dispositivo.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

La figura 1 muestra una primera realización del dispositivo de capilaridad, según la presente invención, donde el dispositivo de capilaridad de control de flujo de fluidos, comprende un cuerpo (1 ) que comprende un reservorio principal (2) destinado a alojar un primer fluido y un canal principal (3) conectado al reservorio principal (2) y un segundo reservorio (4) destinado a alojar un segundo fluido desde el que se extiende un canal secundario (5).

El cuerpo (1 ) comprende un elemento de atracción de líquido (6) conectada al canal principal (3) que proporciona una presión externa generando un flujo de los fluidos mediante acción capilar, desplazando los fluidos desde sus reservónos (2, 4) hacia el elemento de atracción de líquido (6). El elemento de atracción de líquido (6) es del tipo depósito estructurado, que genera presión capilar sobre una región deseada sin una resistencia significativa.

El cuerpo comprende una cámara de aire cámara de aire (7) conectada al canal secundario (5) y una válvula de retención capilar (8, 9) que es una protuberancia (8) en el extremo del canal secundario (5) que está enfrentada a la cámara de aire(7), donde gracias a la protuberancia (8) se reduce significativamente la curvatura del menisco del segundo fluido y la presión capilar se reduce prácticamente hasta cero, de manera que el segundo fluido queda retenido justo antes de llegar a la cámara de aire (7).

El cuerpo (1 ) comprende al menos dos canales de válvula (10, 1 1 ), que son paralelos en la realización mostrada y que conectan la cámara de aire (7) y el canal principal (3), en el que la presión capilar de los canales de válvula (10, 1 1 ) es distinta entre sí de manera que se controla la secuencia de paso de los fluidos por los mismas.

El cuerpo (1 ) comprende un reservoho (12) y el elemento de atracción de fluidos (6) es una bomba de capilahdad que comprende tres respiraderos (13) de evacuación de aire que son aberturas dentro del circuito de fluido conectadas al aire que permiten la salida de aire a medida que los fluidos van llenando la bomba de capilahdad.

La figura 2 muestra una vista en detalle de perspectiva de una primera configuración, según a la presente invención, en el que la válvula de retención capilar (8, 9) es una protuberancia (8) que se extiende desde el fondo del canal secundario (5) reduciendo la profundidad del mismo. La cámara de aire (7) es un canal cuadrangular dispuesto transversalmente a las válvulas de retención (10, 11 ).

Los canales de válvula (10, 1 1 ) se intersecan con el canal principal (3). Concretamente en la realización mostrada, los canales (10,1 1 ) se extienden perpendiculares al canal principal (3) y son un primer canal de válvula (10) y un segundo canal (1 1 ), en el que el primer canal de válvula (10) tiene una profundidad mayor que el segundo canal de válvula (1 1 ), estando el primer canal de válvula (10) más próxima al reservoho principal (2). La válvula de mayor profundidad, el primer canal de válvula (10) ofrece menor resistencia, por lo que el primer fluido pasa por esta hasta quedar enfrentado a la cámara de aire (7) y posteriormente entra en el segundo canal de válvula (1 1 ).

El cuerpo (1 ) tiene también una protuberancia de retención (14) alojada en el canal principal (3) entre el reservoho principal (2) y las canales de válvula que retiene el primer fluido hasta que el elemento de atracción de líquido (6) provoca que el fluido venza la resistencia y entre en los canales de válvula (10, 1 1 ). La protuberancia de retención (14) una resistencia muy elevada para evitar que entre aire del reservoho principal (2). Esta puede no estar en el hipotético caso que el tramo del canal principal (3) que va del reservoho principal (2) al canal de la válvula (10) tenga una resistencia más elevada que la válvula.

Las figuras 3A a 3C muestran una vista de un ejemplo de secuencia, llevado a cabo en el dispositivo de la presente invención, según la primera configuración, en el que se llena el segundo reservoho (4) con un segundo fluido, y este queda retenido en la protuberancia (8) de retención capilar antes de la cámara de aire (7). Después se rellena el reservoho principal (2) con el fluido principal que gracias a la presión ejercida por el elemento de atracción de líquido (6) se desplaza en dirección del primer canal de válvula (10).

El fluido principal entra en el primer canal de válvula (10), y luego, al llegar al segundo canal de válvula (1 1 ) que es menos profundo, el fluido avanza en el segundo canal de válvula (1 1 ) empujando al fluido alojado en el primer canal (10), ligeramente hacia el canal principal (3), esto es, hacia atrás.

La acción capilar vacía el depósito principal (2) y su caudal de flujo de agotamiento se detiene en el canal principal (3) al llegar a la protuberancia de retención (14). El aire de la cámara de aire se empieza a evacuar por el primer canal de válvula (10) que tiene menor resistencia. La succión del líquido del canal secundario (5) desplaza el aire dentro de la cámara de aire (7) por el canal más profundo, por el primer canal (10), representado por flechas, provoca que el segundo fluido vaya hacia la cámara de aire (7). El segundo fluido entonces es conducido por el segundo canal de válvula (1 1 ) y fluye hacia el canal principal (3) uniéndose al fluido principal. Así, gracias a la acción capilar el fluido secundario es vaciado por el segundo canal de válvula (1 1 ) bajo la acción capilar.

La figura 4 muestra una segunda configuración del dispositivo, según la presente invención, en el que el cuerpo (1 ) tiene dos segundos reservónos (4) dispuestos a cada lado del canal principal (3), dos canales secundarios (5), dos cámaras de vacío (7) unidas respectivamente a los canales secundarios (5) y dos canales para la activación de las canales de válvula (10, 1 1 ) unidas a cada cámara de aire (7).

En el caso mostrado, los primeros canales de válvula (10) que son canales que presentan una menor resistencia que los segundos canales de válvula (1 1 ) al ser menos profundos, son las más próximas al reservoho principal (2). La válvula de retención capilar (8, 9) es un canal intermedio (9) de menor anchura que el canal secundario (5).

La figura 5 muestra una segunda configuración del dispositivo, según la presente invención, en el que el cuerpo (1 ) comprende tres segundos reservónos (4) dispuestos a un lado del canal principal (3), tres canales secundarios (5), una cámara de aire (7) unida a los canales secundarios (5) y cuatro canales de válvula (10, 1 1 ) unidos a la cámara de aire (7), en el que los canales de válvula (10, 1 1 ) son una primer canal de válvula (10) y tres segundos canales de válvula (1 1 ) menos profundos que la primer canal de válvula (10) de activación y que presentan distintas profundidades entre ellas para conseguir distintas resistencias.