DESCRIPCIÓN

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención es una válvula multiplexada para dispositivos microfluídicos adaptada para establecer la comunicación fluídica o corte de dicha comunicación fluídica entre o bien una entrada microfluídica y una pluralidad de salidas microfluídicas, o bien una pluralidad de entradas microfluídicas y una salida microfluídica, o bien una pluralidad de entradas microfluídicas y una pluralidad de salidas microfluídicas.

Caracteriza la estructura de esta válvula multiplexada una estructura, preferentemente estratificada, formada por un soporte base, una membrana elásticamente deformable y una pieza movible rígida. Esta pieza movible rígida admite un conjunto de posiciones que dan lugar a combinaciones de estados de apertura o cierre selectivo de las comunicaciones fluídicas entre las entradas y las salidas. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Uno de los campos de la técnica con un desarrollo más intenso es el de los dispositivos microfluídicos y en particular los dispositivos conocidos como "Lab on a chip". Estos dispositivos están formados por cámaras y conductos microfluídicos que permiten llevar a cabo experimentos y pruebas sobre muestras fluídicas tales como muestras biológicas.

Algunas manipulaciones típicas que se requieren en estos dispositivos implican el trasporte selectivo de la muestra fluídica o parte de la misma entre dos cámaras o establecer la comunicación entre una determinada entrada y salida. Esta gestión es más compleja cuando las actuaciones sobre el dispositivo microfluídico requieren la aplicación de etapas que involucran la apertura y cierre selectivo entre o bien una entrada microfluídica y una pluralidad de salidas microfluídicas, o bien una pluralidad de entradas microfluídicas y una salida microfluídica, o bien una pluralidad de entradas microfluídicas y una pluralidad de salidas microfluídicas. La gestión de estas combinaciones de apertura y cierre selectivos se llevan a cabo habitualmente mediante válvulas multiplexadas que permiten por ejemplo la automatización de las tareas. Las válvulas multiplexadas conocidas tienen una estructura estratificada formada por una base de soporte que incorpora las conducciones microfluídicas y, en particular cámaras abiertas que por su especial configuración dan lugar a válvulas multiplexadas.

Se interpretará a lo largo de esta descripción como cámara abierta aquella cavidad situada en un cuerpo, por ejemplo una base de soporte, que es directamente accesible desde el exterior a dicho cuerpo. Esto es, independientemente de las entradas y salidas que están en comunicación con la cámara existe al menos una abertura que permite acceder a la cavidad desde el exterior del cuerpo. La configuración más habitual de las bases de soporte es una placa con conductos microfluídicos y cámaras internas. En esta configuración en forma de placa una cámara abierta es una cavidad accesible en una de las caras principales de la placa. Esta abertura está habitualmente cerrada mediante una membrana situada sobre la superficie de la placa donde se encuentra dicha abertura o cavidad dando lugar a una cámara. De esta forma la cámara abierta define esta estructura si bien, una vez cubierta por la membrana ya no es abierta sino que está cerrada por dicha membrana. De acuerdo a esta descripción, la cámara abierta es el modo de identificar la cámara configurada sobre la base soporte esté o no cerrada por la membrana. En estas válvulas multiplexadas conocidas en el estado de la técnica, la membrana que cubre la cámara abierta es compuesta, esto es, está formada por dos o más membranas individuales apiladas. Cada una de estas membranas individuales tiene una abertura o ventana. Las membranas individuales admiten un desplazamiento relativo entre sí por deslizamiento relativo entre las superficies en contacto de tal modo que la membrana compuesta tiene una abertura abierta si las posiciones de las aberturas o ventanas de las membranas individuales son coincidentes en posición.

Este tipo de válvulas multiplexadas tiene varios inconvenientes entre los que se encuentran el alto grado de fricción entre todas las superficies en contacto con deslizamiento relativo y, el mayor problema de todos, que todas las superficies en contacto de las membranas individuales deben mantenerse sin separación alguna para asegurar la estanqueidad.

La presente invención resuelve los problemas anteriores con una estructura distinta que requiere únicamente de una membrana elásticamente deformable.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención es una válvula multiplexada para dispositivos microfluídicos que dispone de una estructura que comprende: una base de soporte donde dicha base de soporte comprende

- o bien una entrada microfluídica y una pluralidad de salidas microfluídicas, o bien una pluralidad de entradas microfluídicas y una salida microfluídica, o bien una pluralidad de entradas microfluídicas y una pluralidad de salidas microfluídicas, - al menos una cámara abierta situada en una superficie de la base soporte poniendo en comunicación fluídica una de las entradas microfluídicas y una de las salidas microfluídicas.

Los ejemplos de realización de mayor interés corresponden a una base de soporte configurada en forma de placa donde en la mayor parte de los casos este mismo soporte es el que integra parte o todos los componentes microfluídicos de un dispositivo "Lab on a chip". No obstante, es posible que una base soporte únicamente disponga de una válvula multiplexada. La multiplexacion admite la conexión entre una o más entradas microfluídicas y una o más salidas microfluídicas donde la combinación de condiciones de apertura y cierre para cada entrada y salida microfluídica está predeterminada o es operable externamente.

En el ejemplo de realización de mayor interés existen al menos dos combinaciones posibles de condiciones de apertura/cierre donde cada combinación define qué entradas están abiertas o cerradas, qué salidas están abiertas o cerradas y, qué entradas y salidas están comunicadas entre sí fluídicamente. La forma de comunicación fluídica entre al menos una entrada y una salida microfluídicas es a través de una cámara abierta. La válvula multiplexada también comprende: una membrana elásticamente deformable dispuesta sobre la base de soporte y cubriendo la al menos una cámara abierta donde la cámara abierta y la membrana elásticamente deformable están adaptadas para cortar o reducir la comunicación fluídica entre la entrada y la salida microfluídicas de la cámara abierta por la presión sobre una región de la membrana elásticamente deformable provocando su deformación y estrangulación del paso fluid ico a través del cámara abierta; al menos un elemento de presión para provocar la deformación de la membrana elásticamente deformable.

La membrana elásticamente deformable tiene dos funciones, la primera es la de cubrir la al menos una cámara abierta de la que consta la válvula cerrando su cavidad y dando como resultado una cavidad interna. La segunda función es la de regular el flujo entre la al menos una entrada microfluídica a la cavidad y la al menos una salida microfluídica de la cavidad abierta. La regulación se produce por la deformación que sufre la membrana elásticamente deformable por la acción del elemento de presión. El elemento de presión es un elemento externo a la cavidad y actúa sobre la superficie externa de la membrana elásticamente deformable, esto es, la superficie situada en la cara opuesta a la cara cuya superficie está orientada a la cavidad de la cámara abierta. Cuando el elemento de presión ejerce presión sobre la superficie de la membrana elásticamente deformable, dicha membrana se deforma invadiendo el espacio de la cavidad, o parte de la misma, de la cámara abierta estrangulando de este modo el paso entre la entrada microfluídica y la salida microfluídica que dan a dicha cavidad. una pieza movible rígida situada sobre la membrana elásticamente deformable que admite al menos dos posiciones:

- una primera posición en la que establece que el elemento de presión está adaptado para actuar según una primera combinación de condiciones de apertura/cierre entre la o las entradas microfluídicas y la o las salidas microfluídicas; y,

- una segunda posición en la que establece que el elemento de presión está adaptado para actuar según una segunda combinación de condiciones de apertura/cierre entre la o las entradas microfluídicas y la o las salidas microfluídicas distinta de la primera combinación.

La pieza movible es la que determina al menos dos combinaciones distintas de condiciones abierto/cerrado para las entradas y las salidas. La pieza movible establece las condiciones a bierto/cerrado para las entradas y las salidas, según una determinada combinación, adoptando una posición en la que el elemento de actuación o los elementos de actuación actúan o no sobre la entrada o salida. Esto es, al menos adopta dos posiciones y en cada posición es la pieza movible la que establece qué salidas y entradas están abiertas y cuales están cerradas.

Un ejemplo preferido hace uso de una pieza movible en forma de placa y el movimiento preferente de la pieza movible es el de giro donde el giro se establece en torno a un eje perpendicular al plano en el que está contenida la placa. El movimiento de giro de la pieza movible rígida permite que, al girar ésta en un mismo sentido, se establezcan combinaciones de apertura y cierre de las entradas y salidas que se repiten periódicamente al volver, tras una vuelta completa, a adoptar las mismas posiciones. Este ejemplo de realización también permite que los medios de actuación que mueven la pieza movible sean motores con actuación en un eje de giro y como resultado las combinaciones de apertura y cierre sigan una secuencia periódica.

Se muestran diversos modos de llevar a cabo la invención con apoyo en las figuras. DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Estas y otras características y ventajas de la invención, se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la descripción detallada que sigue de una forma preferida de realización, dada únicamente a título de ejemplo ilustrativo y no limitativo, con referencia a las figuras que se acompañan.

Figura 1A En esta figura se muestra esquemáticamente y en perspectiva estallada un primer ejemplo de realización de la invención donde los elementos ocultos se han representado en línea discontinua. Figuras IB, 1C En la figura IB se muestra una sección transversal del primer ejemplo de realización mostrando la sección de la cámara abierta. La figura 1C es una ampliación de detalle del asiento entre una prolongación tubular de la entrada a la cámara abierta y la membrana. Figura 2A En esta figura se muestra esquemáticamente y en perspectiva estallada un segundo ejemplo de realización de la invención donde los elementos ocultos se han representado en línea discontinua.

Figuras 2B, 2C En la figura 2B se muestra una sección transversal del segundo ejemplo de realización teniendo acceso visual a la sección de dos de las cámaras abiertas. La figura 2C es una ampliación de detalle del cierre de la cámara abierta y la membrana.

Figura 3 En esta figura se muestra un tercer ejemplo de realización formado por dos válvulas multiplexadas conectadas entre sí. Una primera válvula con cuatro entradas y una salida y una segunda válvula con una entrada y cuatro salidas donde la salida de la primera válvula está en conexión fluídica con la entrada de la segunda válvula. Figura 4 En esta figura se muestra un dispositivo fluídico con las válvulas mostradas en la figura anterior y los medios de actuación actuando sobre ambas válvulas.

EXPOSICIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La invención es una válvula multiplexada para dispositivos microfluídicos que permite la secuenciación de flujos.

Un primer ejemplo de realización se muestra en las figuras 1A, IB y 1C. En la figura 1A la válvula según este primer ejemplo de realización se muestra en perspectiva estallada donde en la parte inferior, según la orientación elegida para mostrar en la figura el dispositivo, hay una base de soporte (1) configurada principalmente según una estructura plana.

La base de soporte (1) tiene configurada una cámara abierta (1.3) definida en este ejemplo de realización por una cavidad definida en una de sus caras, la cara superior. La cavidad está definida mediante una pared en forma de resalte circular que rodea la cámara perimetralmente.

La cámara abierta (1.3) dispone de cuatro comunicaciones fluídicas donde cada una de ellas puede ser o bien una entrada microfluídica (1.1) o bien una salida microfluídica (1.2). Al menos una de las comunicaciones fluídicas es una entrada microfluídica (1.1) y al menos una de las comunicaciones fluídicas es una salida microfluídica (1.2). En este ejemplo de realización cada una de estas comunicaciones microfluídicas tiene su acceso a la cámara abierta (1.3) a través de la base de dicha cámara abierta (1.3) y muestra una prolongación tubular (1.3.1) de modo de la comunicación microfluídica se prolonga mediante esta prolongación tubular (1.3.1). La pared perimetral que delimita la cámara abierta (1.3) tiene un asiento de apoyo que permite descansar sobre dicho asiento una membrana elásticamente deformable (2) que cierra la cámara abierta (1.3) dando como resultado una cámara interna.

A su vez, las prolongaciones tubulares (1.3.1) también están terminadas en su extremo distanciado de la base de la cámara abierta (1.3), el que se muestra en la parte superior en las figuras, según un asiento de apoyo adaptado para que apoye la membrana elásticamente deformable (2). El apoyo de la membrana elásticamente deformable (2) bajo presión sobre el asiento (1.3.1.1) de la prolongación tubular (1.3.1) establece el cierre de la entrada o salida que corresponde a la comunicación microfluídica que alcanza el interior de la prolongación tubular (1.3.1). Si no existe presión de la membrana elásticamente deformable (2) contra el asiento (1.3.1.1) de la prolongación tubular (1.3.1) la membrana elásticamente deformable (2) admite el distanciamiento del asiento (1.3.1.1) y por lo tanto el intercambio o paso de fluido entre el interior de la prolongación tubular (1.3.1) y la cámara abierta (1.3).

Aquellas comunicaciones fluídicas que no tienen la membrana elásticamente deformable (2) presionada contra el asiento (1.3.1.1) de su prolongación tubular (1.3.1) estarán abiertas y las que si tengan la membrana elásticamente deformable (2) presionada contra dicho asiento (1.3.1.1) estarán cerradas. La distinción entre entrada microfluídica (1.1) y salida microfluídica (1.2) queda establecida de tal modo que la primera es la comunicación fluídica que se encuentra a más presión. De forma natural el fluido entrará debido a la mayor presión a través de la entrada microfluídica (1.1) hasta alcanzar la cámara abierta (1.3) y desde ésta (1.3) saldrá a través de la o las comunicaciones fluídicas que estén abiertas, esto es, la o las salidas microfluídicas (1.2).

En la figura 1A se muestra sobre la membrana elásticamente deformable (2) una pieza movible (3) rígida. La pieza está configurada en forma de disco incompleto por la existencia de una ventana (3.2) en forma de sector angular.

La pieza movible (3) en forma de disco o placa de configuración circular se sitúa cubriendo al menos la cámara abierta (1.3) por encima de la membrana elásticamente deformable (2). La ventana (3.2) en forma de sector angular deja accesible desde el exterior una parte de la membrana elásticamente deformable (2). En particular, en el ejemplo de realización que se muestra en la figura 1A se deja accesible un sector circular que corresponde a un ángulo que abarca la posición de dos de las prolongaciones tubulares (1.3) distribuidas circularmente. El número de prolongaciones tubulares (1.3) que abarca la ventana (3.2) depende del ángulo de esta ventana (3.2) y del número de prolongaciones tubulares (1.3) distribuidas circularmente en el interior de la cámara abierta (1.3).

Según un ejemplo de realización, la superficie inferior de la pieza movible (3) es el elemento de presión que ejerce presión sobre la membrana elásticamente deformable (2) presionando contra los asientos (1.3.1.1) situados sobre las prolongaciones. Todos los asientos (1.3.1.1) de las prolongaciones tubulares (1.3) que tienen la membrana elásticamente deformable (2) presionada con la pieza movible (3) están cerradas. Solo los dos asientos (1.3.1.1) que se encuentran coincidiendo en proyección, según una dirección perpendicular al plano principal de la base soporte, con la ventana (3.2) de la pieza movible (3) están abiertos de modo que una prolongación tubular (1.3) con su asiento (1.3.1.1) abierto comunica con la entrada microfluídica (1.1) y la otra prolongación tubular (1.3) con su asiento (1.3.1.1) abierto comunica con la salida microfluídica (1.2). Al estar una (1.1) y otra (1.2) abiertas la entrada y la salida están comunicadas impidiendo el paso fluídico al resto de las conexiones que convergen en la cámara abierta (1.3). El giro de la pieza movible (3) es el que orienta la ventana (3.2) de modo que define qué dos prolongaciones tubulares (1.3) y sus asientos (1.3.1.1) se encuentran bajo la ventana (3.2) y por lo tanto abiertas; y el resto, cerrados.

Según otros ejemplos de realización la pieza movible (3) dispone de más de una ventana (3.2) seleccionando en distintas posiciones angulares diferentes prolongaciones tubulares (1.3) con sus asientos (1.3.1.1) libres de la presión de la membrana elásticamente deformable (2) y por lo tanto abiertas.

Según otro ejemplo de realización, la pieza movible (3) no ejerce presión sobre la membrana elásticamente deformable (2) para conseguir el cierre con los asientos (1.3.1.1) de las prolongaciones tubulares sino que a través de la ventana, un pistón (4) es el elemento de presión que tiene acceso directo a la membrana elásticamente deformable (2). El desplazamiento del pistón contra la membrana elásticamente deformable (2) y de esta forma contra el asiento accesible a través de la ventana (3.2) es el que establece el cierre de la comunicación fluídica que corresponde a la prolongación tubular (1.3) de dicho asiento (1.3.1.1). Según otro ejemplo de realización, el elemento de presión es un fluido que ejerce presión contra la membrana elásticamente deformable (2) donde dicho fluido a presión ejerce la presión en una región de la membrana accesible a través de la ventana (3.2). Las figuras 2A, 2B y 2C muestran un segundo ejemplo de realización donde la base de soporte (1) contiene una pluralidad de cámaras abiertas (1.3) distribuidas circularmente bajo una membrana elásticamente deformable (2). En este ejemplo de realización se hace uso de una única membrana elásticamente deformable (2) situada sobre la superficie que se muestra superior en la base de soporte (1) cubriendo todas las cámaras abiertas (1.3). En este ejemplo de realización se han distribuido cuatro cámaras abiertas (1.3).

Tal y como muestra la sección transversal de la figura 2B y el detalle de la figura 2C, a cada cámara abierta (1.3) llega una entrada microfluídica (1.1) y una salida microfluídica (1.2). La entrada microfluídica (1.1) y la salida microfluídica (1.2) están comunicadas a través de la cámara abierta (1.3) cuya cavidad está cerrada, superiormente según la orientación de la figura, mediante la membrana elásticamente deformable (2). La pieza movible (3), en este ejemplo de realización, es un disco constituido por una placa de perímetro circular que apoya sobre la membrana elásticamente deformable (2). Esta pieza movible (3) dispone de unos resaltes (3.1) en su superficie inferior, la superficie que está en contacto con la membrana elásticamente deformable (2). Los resaltes (3.1) de la pieza movible (3) son el elemento de presión que deforman la membrana elásticamente deformable (2). Si estos resaltes (3.1) se sitúan sobre una de las cámaras abiertas (1.3), dichos resaltes (3.1) provocan la deformación de la membrana elásticamente deformable (2) forzando a que dicha membrana invada la cavidad de la cámara abierta (1.3) y por lo tanto estrangule el paso del flujo entre la entrada microfluídica (1.1) y la salida microfluídica (1.2).

En una determinada posición angular de la pieza movible (3) las cámaras abiertas (1.3) sobre las que hay resalte tendrán el paso entre la entrada microfluídica (1.1) y la salida microfluídica (1.2) cerrada. De entre la pluralidad de cámaras abiertas (1.3) habrá una o más que tengan resalte (3.1) cerrando el paso entre la entrada microfluídica (1.1) y la salida microfluídica (1.2) y las habrá sin resalte dejando abierto el paso entre la entrada microfluídica (1.1) y la salida microfluídica (1.2). Esta combinación de cámaras abiertas (1.3) que tienen o no resalte (3.1) es distinta a la combinación que resulta cuando la pieza movible gira adoptando una segunda posición. En el ejemplo de realización mostrado en las figuras 2A, 2B y 2C hay cuatro cámaras abiertas (1.3) y dos resaltes (3.1) situados diametralmente opuestos. Dos cámaras abiertas (1.3) diametralmente opuestas estarán abiertas y simultáneamente las otras dos cámaras abiertas (1.3) también diametralmente opuestas estarán cerradas. Un primer giro de 45^ de la pieza movible (3) cambia las cámaras abiertas (1.3) que están abiertas por cerradas y las cerradas por abiertas. Un segundo giro de 45^ de la pieza movible (3) volverá a la situación inicial. Una secuencia de giros de 45^, por ejemplo en el mismo sentido, determina un cambio alternado entre abierto y cerrado para cada pareja de entradas (1.1) y salidas (1.2) microfluídicas comunicadas por una misma cámara abierta (1.3). En este ejemplo de realización es posible adoptar el uso de prolongaciones tubulares en la entrada microfluídica (1.1), en la salida microfluídica (1.2) o en ambas (1.1, 1.2) dentro de la cámara abierta (1.3) para favorecer el cierre provocado por la deformación de la membrana elásticamente deformable (2) mediante el resalte (3.1).

En la figura 3 se muestra una combinación de dos válvulas según un ejemplo de realización como el primero donde la cámara abierta (1.3) es una cámara común a cuatro comunicaciones fluídicas. Esta cámara abierta (1.3) comprende además una quinta comunicación fluídica que siempre está abierta.

La cámara abierta (1.3), en lugar de ser de configuración circular tiene una configuración en forma de árbol poniendo en comunicación fluídica cada una de las cuatro primeras comunicaciones microfluídicas con la salida común.

Esta estructura se repite en ambas válvulas donde en la primera válvula las cuatro primeras comunicaciones microfluídicas son cuatro entradas microfluídicas (1.1) y la quinta comunicación microfluídica que siempre está abierta es una salida microfluídica (1.2). En la segunda válvula las cuatro primeras comunicaciones microfluídicas son cuatro salidas microfluídicas (1.1) y la quinta comunicación microfluídica que siempre está abierta es una entrada microfluídica (1.2) en conexión con la salida microfluídica siempre abierta de la primera válvula.

Esta configuración pone en contacto las cuatro entradas microfluídicas (1.1) de la primera válvula con las cuatro salidas microfluídicas (1.2) de la segunda válvula a través de la conexión común.

La base de soporte (1) es común a ambas válvulas formando un mismo dispositivo microfluídico.

La figura 4 muestra el dispositivo microfluídico con tres de las cuatro entradas microfluídicas (1.1) y tres de las cuatro salidas microfluídicas (1.2) accesibles desde el exterior mediante racores de conexión. En este ejemplo de realización únicamente se hace uso de tres entradas y de tres salidas de entre las cuatro de cada disponibles.

La apertura selectiva de entradas y salidas permite establecer conexiones preestablecidas según combinaciones que relacionan una o más entradas microfluídicas con una o más salidas microfluídicas.

A la izquierda de la figura 4 se muestra el dispositivo conteniendo la base de soporte (1) y las membranas elásticamente deformables (2). A la derecha de la misma figura 4 se muestra la cubierta del dispositivo, una vez abierto, que contiene las dos piezas movibles (3), una para cada válvula, que en posición operativa cuando se coloca la cubierta sobre la base de soporte (1) se sitúan sobre su membrana elásticamente deformable (2) correspondiente.

En este ejemplo de realización el giro de una de las piezas movibles (3) está sincronizado con el movimiento de la otra pieza movible (3) a través de dos ruedas dentadas engranadas, cada rueda dentada solidaria con una de las piezas movibles (3). De este modo, la primera pieza movible (3) está adaptada para adoptar cuatro posiciones angulares distintas estableciendo cuatro combinaciones de situaciones cerrado/abierto en las entradas microfluídicas (1.1) de la primera válvula. La segunda pieza movible (3) está adaptada para adoptar también cuatro posiciones angulares distintas estableciendo otras cuatro combinaciones de situaciones cerrado/abierto en las salidas microfluídicas (1.2) de la segunda válvula. La sincronización entre la primera pieza movible (3) y la segunda pieza movible (3) permite establecer una correspondencia entre las cuatro combinaciones de la primera válvula y las cuatro combinaciones de la segunda válvula. El giro secuencial en un mismo sentido sincronizado de las piezas movibles (3) en ángulos de 45^ establece una secuencia periódica de las cuatro correspondencias de combinaciones en cada válvula.

En la figura 4 se muestra que una de las piezas movibles (3) está formada por dos ventanas de tal modo que, según un ejemplo de realización, es el área sin ventanas la que ejerce presión sobre la membrana elásticamente deformable para presionar sobre los asientos (1.3.1.1) de las prolongaciones tubulares (1.3); y, la otra pieza movible (3) hace uso de resaltes en la superficie enfrentada la membrana elásticamente deformable para conseguir el cierre. Este ejemplo muestra la combinabilidad de soluciones de cierre y apertura según los ejemplos descritos.