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ES2833033T3 - Método de bombeo de fluido a través de un dispositivo microfluídico - Google Patents

Método de bombeo de fluido a través de un dispositivo microfluídico Download PDF

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ES2833033T3
ES2833033T3 ES08780475T ES08780475T ES2833033T3 ES 2833033 T3 ES2833033 T3 ES 2833033T3 ES 08780475 T ES08780475 T ES 08780475T ES 08780475 T ES08780475 T ES 08780475T ES 2833033 T3 ES2833033 T3 ES 2833033T3
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David Beebe
Jay Warrick
Michael Toepke
Ivar Meyvantsson
Glenn Walker
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Original Assignee
Wisconsin Alumni Research Foundation
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Abstract

Un método para bombear líquido de muestra a través de un canal (62) de un dispositivo microfluídico (50), que comprende los pasos de: proporcionar el canal (62) con un puerto de entrada (68) y un puerto de salida (72), en donde el puerto de salida (72) es mayor que el puerto de entrada (68); llenar el canal (62) con un líquido para el canal (7); y depositar una primera gota de bombeo (76) del líquido de muestra en el puerto de entrada (68) del canal (62), de manera que el líquido de muestra de la primera gota de bombeo (76) fluye hacia el canal (62) a través del puerto de entrada (68); en donde la primera gota de bombeo (76) tiene un radio de curvatura eficaz y el líquido por encima del puerto de salida (72) del canal (62) tiene un radio de curvatura eficaz, el radio de curvatura eficaz del menisco del líquido en el puerto de salida (72) es mayor que el radio de curvatura eficaz de la gota de bombeo (76), por lo que el depósito de la primera gota de bombeo (76) en el puerto de entrada (68) del canal (62) provoca un gradiente de presión entre el líquido de muestra en el puerto de entrada (68) y el líquido en el puerto de salida (72) de manera que el líquido de muestra fluye a través del canal (62) hacia el puerto de salida (72).

Description

DESCRIPCIÓN
Método de bombeo de fluido a través de un dispositivo microfluídico
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere en general a dispositivos microfluídicos y, en particular, a un método para bombear fluido a través de un canal de un dispositivo microfluídico.
ANTECEDENTES Y SUMARIO DE LA INVENCIÓN
Como se sabe, los dispositivos microfluídicos se emplean en un número creciente de aplicaciones. Sin embargo, la expansión adicional de los usos de tales dispositivos microfluídicos se ha visto limitada a causa de la dificultad y el gasto de uso y fabricación. Puede apreciarse que un método eficaz y simple para producir un flujo basado en presión dentro de tales dispositivos microfluídicos es obligatorio para hacer de los dispositivos microfluídicos un producto generalizado.
Se han desarrollado varios métodos de bombeo no tradicionales para bombear fluido a través de un canal de un dispositivo microfluídico, incluidos algunos que han mostrado resultados prometedores. Sin embargo, la única desventaja de casi todos los métodos de bombeo es que se requieren equipos externos costosos o complicados, ya sea el mecanismo de bombeo real (por ejemplo, bombas de jeringa) o la energía para impulsar el mecanismo de bombeo (por ejemplo, amplificadores de potencia). El dispositivo ideal para bombear fluido a través de un canal de un dispositivo microfluídico sería semiautónomo y estaría incorporado totalmente a microescala.
El método más popular de mover un fluido a través de un canal de un dispositivo microfluídico se conoce como flujo electrocinético. El flujo electrocinético se logra llevando electricidad a través del canal del dispositivo microfluídico en el que se desea proceder con el bombeo. Si bien es funcional en ciertas aplicaciones, el flujo electrocinético no es una opción viable para mover muestras biológicas a través de un canal de un dispositivo microfluídico. Existen dos motivos: en primer lugar, la electricidad en los canales altera las moléculas biológicas, haciendo que las moléculas mueran o no sean útiles; y en segundo lugar, las moléculas biológicas tienden a revestir los canales del dispositivo microfluídico, haciendo que el método de bombeo no sea útil. Hasta ahora, la única forma confiable de realizar funciones biológicas dentro de un dispositivo microfluídico es mediante el uso de flujo impulsado por presión. Por lo tanto, se desea proporcionar un método más elegante y eficaz para bombear fluido a través de un canal de un dispositivo microfluídico.
Además, a medida que los experimentos biológicos se vuelven más complejos, un hecho inevitable, exigido por la complejidad ahora aparente de los organismos decodificados por el genoma, es que se necesitarán herramientas más complejas. En la actualidad, con el fin de realizar simultáneamente múltiples experimentos biológicos, a menudo se usan placas que tienen un gran número de pocillos (por ejemplo, 96 o 384). Los pocillos de estas placas no son más que agujeros que contienen líquido. Si bien son funcionales para su propósito previsto, se puede apreciar que estas placas de múltiples pocillos pueden usarse junto con dispositivos microfluídicos o incluso pueden ser reemplazadas por los mismos.
Para aprovechar el hardware existente, se han desarrollado chips "sorbedores". Los chips sorbedores son dispositivos microfluídicos que se sostienen por encima de una placa tradicional de 96 o 384 pocillos y sorben el líquido de muestra de cada pocillo a través de un tubo capilar. Si bien son compatibles con el hardware existente, los chips sorbedores aumentan la complejidad general y, por lo tanto, el costo de producción de los dispositivos microfluídicos. Por lo tanto, sería muy conveniente proporcionar una alternativa simple y menos costosa que los dispositivos y métodos disponibles hasta ahora para bombear fluido a través de un canal de un dispositivo microfluídico.
El documento US 2003/0132112 propone un método relacionado para bombear fluido a través de un canal de un dispositivo microfluídico, mediante el cual se coloca una gota de depósito sobre el puerto de salida del canal para ejercer presión de salida sobre el fluido en el canal.
Por lo tanto, un objeto y una característica principal de la presente invención es proporcionar un método de bombeo de fluido a través de un canal de un dispositivo microfluídico que sea simple y económico.
Otro objeto y característica de la presente invención es proporcionar un método de bombeo de fluido a través de un canal de un dispositivo microfluídico que sea semiautónomo y requiera solamente un hardware adicional mínimo. Otro objeto y característica adicional de la presente invención es proporcionar un método de bombeo de fluido a través de un canal de un dispositivo microfluídico que sea compatible con un equipo robótico preexistente de alto rendimiento.
Según la presente invención, se proporciona un método para bombear un fluido de muestra a través de un canal de un dispositivo microfluídico. El método se proporciona mediante la reivindicación independiente 1 e incluye, entre otras cuestiones, el paso de proporcionar al canal una entrada y una salida. El canal se llena con un fluido para el canal. Una primera gota de bombeo del fluido de muestra se deposita en la entrada del canal, de manera que la primera gota de bombeo fluye hacia el canal a través de la entrada. La primera gota de bombeo tiene un radio de curvatura efectivo y el fluido en la salida tiene un radio de curvatura efectivo. El radio de curvatura efectivo de la salida de fluido es mayor que el radio de curvatura efectivo de la primera gota de bombeo.
Una segunda gota de bombeo del fluido de muestra puede depositarse en la entrada del canal después de que la primera gota de bombeo fluye hacia el canal. La entrada del canal tiene un radio predeterminado y la primera gota de bombeo tiene un radio generalmente igual al radio predeterminado de la entrada del canal.
La primera gota de bombeo tiene un volumen seleccionado por el usuario y proyecta una altura por encima del dispositivo microfluídico cuando se deposita en la entrada del canal. El radio de la primera gota de bombeo se calcula según la expresión:
Figure imgf000003_0001
en donde R es el radio de la primera gota de bombeo; V es el volumen seleccionado por el usuario de la primera gota de bombeo; y h es la altura de la primera gota de bombeo por encima del dispositivo microfluídico.
El método puede incluir el paso adicional de depositar secuencialmente una pluralidad de gotas de bombeo en la entrada del canal después de que la primera gota de bombeo fluye hacia el canal. Cada pluralidad de gotas de bombeo se deposita secuencialmente en la entrada del canal a medida que la gota de bombeo previamente depositada fluye hacia el canal. La primera gota de bombeo tiene un volumen y la pluralidad de gotas de bombeo tiene volúmenes generalmente iguales al volumen de la primera gota de bombeo. Se contempla que el fluido del canal sea el fluido de muestra.
El método también puede incluir el paso adicional de variar el caudal de la primera gota de bombeo a través del canal. El canal tiene un área de sección transversal y el paso de variar el caudal de la primera gota de bombeo a través del canal incluye el paso de reducir el área de sección transversal de al menos una parte del canal.
El canal tiene una resistencia y cada una de las gotas de bombeo tiene un radio y una energía libre superficial. El fluido en el primer puerto de salida tiene una altura y una densidad tal que el fluido fluye a través del canal a una velocidad de acuerdo con la expresión:
Figure imgf000003_0002
en donde: dV/dt es la tasa de fluido que fluye a través del canal; Z es la resistencia del canal; p es la densidad del fluido en el primer puerto de salida; g es la gravedad; h es la altura del fluido en el puerto de salida; y es la energía libre superficial de las gotas de bombeo; y R es el radio de las gotas de bombeo.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Los dibujos adjuntos ilustran una construcción preferida de la presente invención en la que las ventajas y características anteriores se divulgan claramente, así como otras que se entenderán fácilmente a partir de la siguiente descripción de la realización ilustrada.
En los dibujos:
La figura 1 es una vista esquemática de una estación de micropipeta robótica para depositar gotas de líquido sobre la superficie superior de un dispositivo microfluídico;
La figura 2 es una vista esquemática de la estación de micropipeta robótica de la figura 1 que deposita gotas de líquido en un pocillo de una placa con múltiples pocillos;
La figura 3 es una vista esquemática ampliada de la estación de micropipeta robótica de la figura 1 que muestra el depósito de una gota de líquido sobre la superficie superior de un dispositivo microfluídico mediante una micropipeta; La figura 4 es una vista esquemática, similar a la figura 3, que muestra la gota de líquido depositada sobre la superficie superior del dispositivo microfluídico mediante la micropipeta;
La figura 5 es una vista esquemática, similar a las figuras 3 y 4, que muestra la gota de líquido que fluye hacia un canal del dispositivo microfluídico mediante la micropipeta;
La figura 6 es una vista esquemática ampliada que muestra las dimensiones de la gota de líquido depositada sobre la superficie superior del dispositivo microfluídico mediante la micropipeta;
La figura 7 es una vista isométrica de un dispositivo microfluídico para su uso en la metodología de la presente invención;
La figura 8 es una vista en sección transversal del dispositivo microfluídico tomada a lo largo de la línea 8-8 de la figura 7; y
La figura 9 es una vista plana superior de otra realización adicional de un dispositivo microfluídico para su uso en la metodología de la presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LOS DIBUJOS
En referencia a las figuras 1 y 3-6, un dispositivo microfluídico se designa generalmente con el número de referencia 10. El dispositivo microfluídico 10 puede estar formado a partir de polidimetilsiloxano (PDMS), por las razones que se describen a continuación, y tiene el primer y el segundo extremo 12 y 14, respectivamente, y la superficie superior e inferior 18 y 20, respectivamente. El canal 22 se extiende a través del dispositivo microfluídico 10 e incluye una primera parte vertical 26 que termina en un puerto de entrada 28 que se comunica con la superficie superior 18 del dispositivo microfluídico 10 y una segunda parte vertical 30 que termina en un puerto de salida 32 que también se comunica con la superficie superior 18 del dispositivo microfluídico 10. La primera y la segunda parte vertical 26 y 30, respectivamente, del canal 22 están interconectadas y se comunican con la parte horizontal 34 del canal 22. La dimensión del canal 22 que conecta el puerto de entrada 28 y el puerto de salida 32 es arbitraria.
Se proporciona una estación de micropipeta robótica 31 que incluye una micropipeta 33 para depositar gotas de líquido, tal como la gota de bombeo 36 y la gota de depósito 38, sobre la superficie superior 18 del dispositivo microfluídico 10, por las razones descritas a continuación. Los sistemas modernos de alto rendimiento, tal como la estación de micropipeta robótica 31, son sistemas robóticos diseñados únicamente para colocar una bandeja (es decir, una placa con múltiples pocillos 35, figura 2, o dispositivo microfluídico 10, figura 1) y para dispensar o retirar gotas de microlitro dentro o fuera de esa bandeja en las ubicaciones que el usuario desee (es decir, el pocillo 34 de la placa de múltiples pocillos 35 o los puertos de entrada y salida 28 y 32, respectivamente, del canal 22 del dispositivo microfluídico 10) con un alto grado de velocidad, precisión y repetibilidad.
La cantidad de presión presente dentro de una gota de bombeo 36 de líquido en una interfaz aire-líquido está dada por la ecuación de Young-LaPlace:
áP = 7{1/R1 1/R2) Ecuación (1)
donde y es la energía libre superficial del líquido; y R1 y R2 son los radios de curvatura de dos ejes normales entre sí que describen la curvatura de la superficie de la gota de bombeo 36.
Para gotas esféricas, la ecuación (1) se puede reescribir de la siguiente manera:
A P = 2*ífo Ecuación (2)
en donde R es el radio de la gota de bombeo esférica 36, figura 6.
A partir de la ecuación (2), se puede ver que las gotas más pequeñas tienen una presión interna más alta que las gotas más grandes. Por lo tanto, si se conectan dos gotas de diferente tamaño a través de un tubo lleno de fluido (es decir, el canal 22), la gota más pequeña se encogerá mientras que la más grande aumentará su tamaño. Una manifestación de este efecto es el fenómeno pulmonar llamado "inestabilidad de los alvéolos", que es una condición en la que los alvéolos grandes continúan creciendo mientras que los más pequeños se encogen. Considerando lo anterior, se puede apreciar que se puede bombear fluido a través del canal 22 utilizando la tensión superficial en la gota de bombeo 36, así como el puerto de entrada 28 y el puerto de salida 32 del canal 22. En un método de bombeo divulgado en el documento US 2003/0132112 A de la técnica anterior, se proporciona fluido en el canal 22 del dispositivo microfluídico 10. Luego, una gota grande de depósito 38 (por ejemplo, 100 ml) se deposita mediante la micropipeta 33 sobre el puerto de salida 32 del canal 22, figura 3. El radio de la gota de depósito 38 es mayor que el radio del puerto de salida 32 y posee una dimensión suficiente para que la presión en el puerto de salida 32 del canal 22 sea básicamente cero. Una gota de bombeo 36, de dimensión significativamente menor que la gota de depósito 38, (por ejemplo, 0,5 - 5 ml), se deposita en el puerto de entrada 28 del canal 22, figuras 4 y 6, mediante micropipeta 33 de la estación de micropipeta robótica 31, figura 1. La gota de bombeo 36 puede tener forma hemisférica o puede tener otras formas. Como tal, se contempla que la forma y el volumen de la gota de bombeo 36 se definan por el patrón hidrófobo/hidrófilo de la superficie que rodea el puerto de entrada 28 para extender el tiempo de bombeo del método de la presente invención. Como se describió anteriormente, el dispositivo microfluídico 10 está formado a partir de PDMS que tiene una hidrofobicidad alta y tiene una tendencia a mantener las formas hemisféricas de la gota de bombeo 36 y la gota de depósito 38 en los puertos de entrada y salida 28 y 32, respectivamente. Se contempla dentro del alcance de la presente invención que el fluido en el canal 22, las gotas de bombeo 36 y la gota de depósito 38 sean el mismo líquido o líquidos diferentes.
Debido a que la gota de bombeo 36 tiene un radio más pequeño que la gota de depósito 38, existe mayor presión en el puerto de entrada 28 del canal 22. El gradiente de presión resultante hace que la gota de bombeo 36 fluya desde el puerto de entrada 28 a través del canal 22 hacia la gota de depósito 38 sobre el puerto de salida 32 del canal 22, figura 5. Se puede entender que al depositar secuencialmente gotas de bombeo adicionales 36 en el puerto de entrada 28 del canal 22 mediante la micropipeta 33 de la estación de micropipeta robótica 31, el gradiente de presión resultante hará que las gotas de bombeo 36 depositadas sobre el puerto de entrada 28 fluyan a través del canal 22 hacia la gota de depósito 38 sobre el puerto de salida 32 del canal 22. Como resultado, el fluido fluye a través del canal 22 desde el puerto de entrada 28 al puerto de salida 32.
Volviendo a la figura 6, la presión más alta alcanzable para un radio determinado, R, del puerto de entrada 28 del canal 22 es una gota hemisférica cuyo radio es igual al radio, r, del puerto de entrada 28 del canal 22. Cualquier desviación de este tamaño, ya sea mayor o menor, da como resultado una presión más baja. Como tal, se prefiere que el radio de cada gota de bombeo 36 sea generalmente igual al radio del puerto de entrada 28. El radio (es decir, el radio que determina la presión) de la gota de bombeo 36 se puede determinar resolviendo primero la altura, h, que la gota de bombeo 36 eleva por encima de un puerto correspondiente, es decir, el puerto de entrada 28 del canal 22. El radio de la gota de bombeo 36 se puede calcular de acuerdo con la expresión:
Figure imgf000005_0001
Ecuación (3)
en donde R es el radio de la gota de bombeo 36; V es el volumen seleccionado por el usuario de la primera gota de bombeo; y h es la altura de la gota de bombeo 36 por encima de la superficie superior 18 del dispositivo microfluídico 10.
La altura de la gota de bombeo 36 del volumen V se puede encontrar si también se conoce el radio del casquete esférico. En la presente solicitud, el radio del puerto de entrada 28 es el radio del casquete esférico. Como tal, la altura de la gota de bombeo 36 se puede calcular de acuerdo con la expresión:
Figure imgf000005_0002
en donde: a=3r2 (r es el radio del puerto de entrada 28); y b=6V/n (V es el volumen de la gota de bombeo 36 colocada en el puerto de entrada 28).
El caudal volumétrico del fluido que fluye desde el puerto de entrada 28 del canal 22 al puerto de salida 32 del canal 22 cambiará con respecto al volumen de la gota de bombeo 36. Por lo tanto, el caudal volumétrico o el cambio de volumen con respecto al tiempo se puede calcular utilizando la ecuación:
Figure imgf000005_0003
Ecuación {5)
en donde: dV/dt es la tasa de fluido que fluye a través del canal 22; Z es la resistencia de flujo del canal 22; p es la densidad de la gota de bombeo 36; g es la gravedad; h es la altura de la gota de depósito 38; y es la energía libre superficial de la gota de bombeo 36; y R es el radio de las gotas de bombeo 36.
Se contempla que son posibles diversas aplicaciones del método de la presente invención sin desviarse de la presente invención. A modo de ejemplo, podrían formarse múltiples puertos de entrada a lo largo del canal 22. Al designar uno de dichos puertos como puerto de salida, se podrían lograr diferentes caudales depositando gotas de bombeo en diferentes puertos de entrada a lo largo de la longitud del canal 22 (debido a la diferencia en la resistencia del canal). Además, los puertos de salida temporales 32 pueden usarse para hacer que el fluido fluya hacia ellos, se mezcle y luego, a su vez, sea bombeado a otros puertos de salida 32. Se puede apreciar que el método de bombeo de la presente invención funciona con varios tipos de fluidos que incluyen agua y fluidos biológicos. Como tal, pueden usarse medios fluidos que contienen células y suero bovino fetal para hacer fluir repetidamente las células por el canal 22 sin dañarlas.
Además, se contempla grabar patrones en la superficie superior 18 del dispositivo microfluídico 10 alrededor de las periferias externas del puerto de entrada 28 y/o del puerto de salida 32, respectivamente, para alterar las configuraciones correspondientes de la gota de bombeo 36 y la gota de depósito 38 allí depositada. Mediante la alteración las configuraciones de las gotas de bombeo y de depósito 36 y 38, respectivamente, se puede apreciar que el caudal volumétrico de fluido a través del canal 22 del dispositivo microfluídico 10 puede modificarse. Además, al grabar los patrones en la superficie superior 18 del dispositivo microfluídico 10, se puede apreciar que el período de tiempo durante el cual se produce el bombeo del fluido a través del canal 22 del dispositivo microfluídico 10 puede aumentar o disminuir según el periodo de tiempo que el usuario desee.
Como se describe, existen varios beneficios en el uso del método de bombeo de la presente invención. A modo de ejemplo, el método de bombeo de la presente invención permite que los sistemas de ensayo robóticos de alto rendimiento interactúen directamente con el dispositivo microfluídico 10 y bombeen líquido utilizando solo la micropipeta 33. En un entorno de laboratorio, también se pueden usar pipetas manuales, lo que elimina la necesidad de equipos de bombeo costosos. Debido a que el método de la presente invención se basa en los efectos de la tensión superficial, es lo suficientemente robusto como para permitir que se bombee fluido en el dispositivo microfluídico 10 en entornos donde el ruido físico o eléctrico está presente. Las velocidades de bombeo están determinadas por el volumen de la gota de bombeo 36 presente en el puerto de entrada 28 del canal 22, que se puede controlar con un alto grado de precisión con las modernas estaciones de micropipetas robóticas 31. La combinación de estos factores permite un método de bombeo adecuado para su uso en una variedad de situaciones y aplicaciones.
En referencia a las figuras 7 y 8, el dispositivo microfluídico para su uso en la metodología de la presente invención se designa generalmente con el número de referencia 50. El dispositivo microfluídico 50 puede estar formado a partir de polidimetilsiloxano (PDMS), por las razones que se describen a continuación, y tiene el primer y el segundo extremo 52 y 54, respectivamente, y la superficie superior e inferior 58 y 60, respectivamente. El canal 62 se extiende a través del dispositivo microfluídico 50 e incluye la primera parte vertical 66 que termina en el puerto de entrada 68 que se comunica con la superficie superior 58 del dispositivo microfluídico 50 y una segunda parte vertical 70 que termina en el puerto 72 de salida que también se comunica con la superficie superior 58 del dispositivo microfluídico 50. La primera y la segunda parte vertical 66 y 70, respectivamente, del canal 62 están interconectadas y se comunican con la parte horizontal 74 del canal 62.
Según el método de bombeo de la presente invención, el fluido se proporciona en el canal 62 del dispositivo microfluídico 50. La gota de bombeo 76 de sustancialmente la misma dimensión que el puerto de entrada 68 del canal 62 se deposita allí mediante la micropipeta 33 de la estación de micropipeta robótica 31, figura 1. La gota de bombeo 76 puede tener forma hemisférica o puede tener otras formas. Como tal, se contempla que la forma y el volumen de la gota de bombeo 76 se definan por el patrón hidrófobo/hidrófilo de la superficie que rodea el puerto de entrada 68 para extender el tiempo de bombeo del método de la presente invención. Como se describió anteriormente, el dispositivo microfluídico 60 está formado a partir de PDMS que tiene una hidrofobicidad alta y tiene una tendencia a mantener la forma hemisférica de la gota de bombeo 76 en el puerto de entrada 68.
Se contempla que la gota de bombeo 76 depositada sobre el puerto de entrada 68 tenga un radio de curvatura eficaz predeterminado que sea menor que el radio de curvatura eficaz del fluido en el puerto de salida 72 del canal 62, por las razones que se describen a continuación. Como se sabe, el radio de curvatura eficaz de una gota se puede calcular de acuerdo con la ecuación:
RC = (R1 x R2)/ (RI+R2) Ecuación (6)
donde RC es el radio de curvatura; y R1 y R2 son los radios de la gota en ejes ortogonales. En el caso de un círculo, R1 y R2 son iguales. Para una elipse, R1 y R2 serían los radios de los ejes mayor y menor, respectivamente.
En referencia a las ecuaciones (1) y (2), supra, se puede apreciar que las gotas que tienen un radio de curvatura más pequeño tienen una presión interna más alta. Por lo tanto, si la gota de bombeo 76 está conectada al puerto de salida 72 a través de un tubo lleno de fluido (es decir, el canal 62), la gota de bombeo 76 se encogerá y el fluido en el puerto de salida 72 crecerá si la gota de bombeo 76 en el puerto de entrada 68 tiene un radio de curvatura menor que el menisco del fluido en el puerto de salida 72. Como se señaló anteriormente, la presión más alta alcanzable para un radio determinado, R, de gota de presión 76 en el puerto de entrada 68 del canal 62 es una gota hemisférica cuyo radio es igual al radio, r, del puerto de entrada 68 del canal 62. Como tal, al depositar la gota de bombeo 76 en el puerto de entrada 68, la presión interna de la gota de bombeo 76 genera un gradiente de presión que hace que la gota de bombeo 76 fluya desde el puerto de entrada 68 a través del canal 62 hacia el puerto de salida del depósito 72 del canal 62. Se puede entender que al depositar secuencialmente gotas de bombeo adicionales 76 sobre el puerto de entrada 68 del canal 62 mediante la micropipeta 33 de la estación de micropipeta robótica 31, el gradiente de presión resultante hará que las gotas de bombeo 76 depositadas sobre el puerto de entrada 68 fluyan a través del canal 62 hacia el puerto de salida 72 del canal 62. Como resultado, el fluido fluye a través del canal 62 desde el puerto de entrada 68 al puerto de salida 72.
Como se ha descrito anteriormente, el caudal volumétrico del fluido que fluye desde el puerto de entrada 68 del canal 62 al puerto de salida 72 del canal 62 cambiará con respecto al volumen de la gota de bombeo 76. Por lo tanto, el caudal volumétrico o el cambio de volumen con respecto al tiempo se puede calcular utilizando la ecuación:
Figure imgf000007_0001
Ecuación (7)
en donde: dV/dt es la tasa de fluido que fluye a través del canal 62; Z es la resistencia de flujo del canal 62; p es la densidad del fluido en el puerto de salida 72; g es la gravedad; h es la altura del fluido (el menisco) en el puerto de salida 72; y es la energía libre superficial de la gota de bombeo 76; y R es el radio de las gotas de bombeo 76.
Se contempla variar el caudal volumétrico del fluido que fluye desde un puerto de entrada de un canal a través de un dispositivo microfluídico hasta un puerto de salida del canal variando la resistencia de flujo del canal. En referencia a la figura 9, otra realización adicional de un dispositivo microfluídico para realizar un método según la presente invención se designa generalmente con el número de referencia 80. El dispositivo microfluídico 80 incluye un primer y un segundo extremo 82 y 84, respectivamente, y un primer y un segundo lado 86 y 88, respectivamente. A modo de ejemplo, un canal de forma generalmente sinusoidal 92 se extiende a través del dispositivo microfluídico 80. Se puede apreciar que el canal 92 puede tener otras configuraciones sin desviarse del alcance de la presente invención. El canal 92 termina en el puerto de salida 96 que se comunica con la superficie superior 94 del dispositivo microfluídico 80. El canal 92 incluye además una pluralidad de porciones de diámetro ampliado 96a-96d y una pluralidad de porciones de diámetro reducido 98a-98c. Las porciones de diámetro ampliado 96a-96d se alternan con las correspondientes porciones de diámetro reducido 98a-98c, por las razones que se describen a continuación.
Los puertos de entrada 90a-90c se comunican con la superficie superior 94 del dispositivo microfluídico 80 y con las correspondientes porciones de diámetro reducido 98a-98c, respectivamente, del canal 92. Los puertos de entrada 100a-100d se comunican con la superficie superior 94 del dispositivo microfluídico 80 y con las correspondientes porciones de diámetro ampliado 96a-96d, respectivamente, del canal 92. Los puertos de entrada 90a-90c y 100a-100d tienen dimensiones generalmente idénticas. Como se representa en la figura 9, los puertos de entrada 90a-90c y 100a-100d están espaciados a lo largo del camino sinusoidal del canal 92, de manera que cada puerto de entrada 90a-90c y 100a-100d esté a una distancia predeterminada correspondiente del puerto de salida 96.
En funcionamiento, se proporciona fluido en el canal 92 del dispositivo microfluídico 80. Una gota de bombeo de sustancialmente la misma dimensión que los puertos de entrada 90a-90c y 100a-100d del canal 92 se deposita sobre uno de los puertos de entrada 90a-90c y 100a-100d mediante la micropipeta 33 de la estación de micropipeta robótica 31, figura 1. Como se describió anteriormente, la gota de bombeo puede tener forma hemisférica o puede tener otras formas. Como tal, se contempla que la forma y el volumen de la gota de bombeo se definan por el patrón hidrófobo/hidrofílico de la superficie que rodea el puerto de entrada sobre el que se deposita la gota de bombeo para extender el tiempo de bombeo del método de la presente. invención. Como se señaló anteriormente, el dispositivo microfluídico 80 se forma a partir de PDMS que tiene una hidrofobicidad alta y tiene una tendencia a mantener la forma hemisférica de la gota de bombeo sobre su puerto de entrada correspondiente.
Se contempla que la gota de bombeo depositada sobre un puerto de entrada seleccionado 90a-90c y 100a-100d tenga un radio de curvatura eficaz predeterminado que sea menor que el radio de curvatura eficaz del fluido en el puerto de salida 96 del canal 92. Como se señaló anteriormente, la presión más alta alcanzable para un radio determinado, R, de la gota de presión en el puerto de entrada seleccionado 90a-90c y 100a-100d del canal 92 es una gota hemisférica cuyo radio es igual al radio, r, del puerto de entrada seleccionado del canal 92. Al depositar la gota de bombeo sobre el puerto de entrada seleccionado, la presión interna de la gota de bombeo sobre el puerto de entrada seleccionado genera un gradiente de presión que hace que la gota de bombeo fluya desde el puerto de entrada seleccionado a través del canal 92 hacia el puerto de salida 96 del canal 92. Dado que los puertos de entrada 90a-90c y 100a-100d tienen dimensiones idénticas, el fluido no fluye hacia los puertos de entrada no seleccionados. Puede entenderse que al depositar secuencialmente gotas de bombeo adicionales sobre el puerto de entrada seleccionado del canal 92 mediante la micropipeta 33 de la estación de micropipeta robótica 31, el fluido fluye a través del canal 92 desde el puerto de entrada seleccionado al puerto de salida 96.
Se contempla variar el caudal volumétrico del fluido que fluye desde el puerto de entrada seleccionado del canal 92 a través de un dispositivo microfluídico hasta el puerto de salida 96 del canal 92 variando la resistencia de flujo del canal 92. Se puede apreciar que la resistencia de flujo del canal 92 depende del puerto de entrada 90a-90c y 100a-100d seleccionado. Más específicamente, la resistencia de flujo del canal 92 es mayor en las porciones de diámetro reducido 98a-98c. Como resultado, el caudal volumétrico más rápido del fluido que fluye a través del canal 92 se produce cuando las gotas de bombeo se depositan sobre el puerto de entrada 100d. Por otro lado, el caudal volumétrico más lento del fluido que fluye a través del canal 92 se produce cuando las gotas de bombeo se depositan sobre el puerto de entrada 100d en donde el fluido debe pasar a través de porciones de diámetro reducido 98a-98c. Se puede apreciar que al depositar las gotas de bombeo sobre los puertos de entrada 90a-90c y 100b 100c, el caudal volumétrico del fluido que fluye a través del canal 92 se puede ajustar entre el caudal más rápido y el más lento.
Se contemplan diversos modos de llevar a cabo la invención dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones que señalan y reivindican de manera particular el objeto, considerado la invención.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Un método para bombear líquido de muestra a través de un canal (62) de un dispositivo microfluídico (50), que comprende los pasos de:
proporcionar el canal (62) con un puerto de entrada (68) y un puerto de salida (72), en donde el puerto de salida (72) es mayor que el puerto de entrada (68);
llenar el canal (62) con un líquido para el canal (7); y
depositar una primera gota de bombeo (76) del líquido de muestra en el puerto de entrada (68) del canal (62), de manera que el líquido de muestra de la primera gota de bombeo (76) fluye hacia el canal (62) a través del puerto de entrada (68);
en donde la primera gota de bombeo (76) tiene un radio de curvatura eficaz y el líquido por encima del puerto de salida (72) del canal (62) tiene un radio de curvatura eficaz, el radio de curvatura eficaz del menisco del líquido en el puerto de salida (72) es mayor que el radio de curvatura eficaz de la gota de bombeo (76), por lo que el depósito de la primera gota de bombeo (76) en el puerto de entrada (68) del canal (62) provoca un gradiente de presión entre el líquido de muestra en el puerto de entrada (68) y el líquido en el puerto de salida (72) de manera que el líquido de muestra fluye a través del canal (62) hacia el puerto de salida (72).
2. El método de la reivindicación 1, que comprende el paso adicional de depositar una segunda gota de bombeo (76) del líquido de muestra en el puerto de entrada (68) del canal (62) después de que el líquido de muestra de la primera gota de bombeo (76) fluye hacia el canal (62).
3. El método de la reivindicación 1, en donde el puerto de entrada (68) del canal (62) tiene un radio predeterminado y en donde el radio de curvatura eficaz de la primera gota de bombeo (76) es generalmente igual al radio predeterminado del puerto de entrada (68) del canal (62).
4. El método de la reivindicación 3, en donde la primera gota de bombeo (76) tiene un volumen seleccionado por el usuario y el líquido de muestra depositado en el puerto de entrada (68) del canal (62) tiene una altura por encima del dispositivo microfluídico (50) cuando la primera gota de bombeo (76) se deposita en el puerto de entrada (68) del canal (62), y en donde el radio del líquido de muestra por encima del puerto de entrada (68) del dispositivo microfluídico (50), después de que la primera gota de bombeo (76) se deposita en el puerto de entrada (68) del canal (62), se calcula de acuerdo con la expresión:
Figure imgf000009_0001
en donde
R es el radio del líquido de muestra por encima del puerto de entrada (68) del dispositivo microfluídico (50) después de que la primera gota de bombeo (76) se deposita en el puerto de entrada (68) del canal (62);
V es el volumen seleccionado por el usuario del líquido de muestra por encima del puerto de entrada (68) del dispositivo microfluídico (50) después de que la primera gota de bombeo (76) se deposita en el puerto de entrada (68) del canal (62); y
h es la altura del líquido de muestra por encima del puerto de entrada (68) del dispositivo microfluídico (50) después de que la primera gota de bombeo (76) se deposita en el puerto de entrada (68) del canal (62).
5. El método de la reivindicación 1, que comprende el paso adicional de depositar secuencialmente una pluralidad de gotas de bombeo (76) en el puerto de entrada (68) del canal (62) después de que el líquido de muestra de la primera gota de bombeo (76) fluye hacia el canal (62).
6. El método de la reivindicación 5, en donde cada una de la pluralidad de gotas de bombeo (76) se deposita secuencialmente en el puerto de entrada (68) del canal (62) a medida que la gota de bombeo previamente depositada en el líquido de muestra (76) fluye hacia el canal (62).
7. El método de la reivindicación 5, en donde la primera gota de bombeo (76) tiene un volumen y en donde la pluralidad de gotas de bombeo (76) tienen volúmenes generalmente iguales al volumen de la primera gota de bombeo (76).
8. El método de la reivindicación 1, que comprende el paso adicional de variar el caudal del líquido de muestra a través del canal (62).
9. El método de la reivindicación 8, en donde el canal (62) tiene un área de sección transversal y en donde el paso de variar el caudal del líquido de muestra a través del canal (62) incluye el paso de reducir el área de sección transversal de al menos una parte del canal (62).
10. El método de la reivindicación 5, en donde:
el canal (62) tiene una resistencia;
cada una de las gotas de bombeo (76) tiene un radio y una energía libre superficial; y
el líquido del puerto de salida (72) tiene una altura y una densidad tal que el líquido de muestra fluye a través del canal (62) a una velocidad de acuerdo con la expresión:
Figure imgf000010_0001
en donde
dV/dt es la tasa de líquido de muestra que fluye a través del canal (62);
Z es la resistencia del canal (62);
p es la densidad del líquido en el puerto de salida (72); g es la gravedad;
h es la altura del líquido en el puerto de salida (72);
y es la energía libre superficial de las gotas de bombeo (76); y
R es el radio de las gotas de bombeo.
11. El método de la reivindicación 1, en donde el puerto de salida (72) del canal (62) tiene una configuración generalmente circular.
12. El método de la reivindicación 1, en donde un área adyacente al puerto de salida (72) es hidrófoba.
13. El método de la reivindicación 5, en donde cada una de las gotas de bombeo (76) tiene un radio generalmente igual al radio predeterminado del puerto de entrada (68) del canal (62).
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