BRPI0720537A2

BRPI0720537A2 - Dispositivo microfluídico e uso do mesmo

Info

Publication number: BRPI0720537A2
Application number: BRPI0720537-6A2A
Authority: BR
Inventors: Chris Van Haag; Ronald C De Gier; Den Bijgaart Adrianus W D M Van; Gheorghe S Stan
Original assignee: Koninkl Philips Electronics Nv
Priority date: 2006-12-19
Filing date: 2007-12-12
Publication date: 2014-01-07
Also published as: EP2122218A1; EP2122218B1; CN101563562B; RU2009127730A; US8425863B2; CN101563562A; US20100104474A1; WO2008075253A1; JP2010513790A

Description

"DISPOSITIVO MICROFLUÍDICO E USO DO MESMO"

1. CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um dispositivo microfluídico que compreende uma unidade de válvula-bomba. O dispositivo microfluídico compreendendo a unidade de válvula-bomba de acordo com a presente invenção de preferência é usado em diagnósticos moleculares.

2. TÉCNICA ANTERIOR

O setor de biotecnologia tem dirigido substancial esforço no sentido de desenvolver dispositivos de transporte de amostra fluida em miniatura tais como dispositivos microfluídicos, com freqüência designados de labs-on-a-chip (LOC) ou sistemas de micro análise total (micro TAS), para manipulação e análise de amostras. Estes sistemas são usados para detecção e analise de biomoléculas específicas, tais como DNA e proteínas.

Genericamente, os dispositivos de micro-sistemas contêm funções fluídicas, elétricas e mecânicas, compreendendo bombas, válvulas, misturadores, aquecedores e sensores tais como sensores ópticos, magnéticos e/ou elétricos. Um ensaio de diagnóstico molecular típico inclui etapas de processo tais como lises, lavagem, amplificação por PCR, e/ou detecção.

Os dispositivos microfluídicos integrados necessitam combinar um número de funções, como filtragem, mistura, ativação de fluido, aquecimento, resfriamento e detecção óptica, elétrica ou magnética, sobre um único gabarito. Segundo um conceito modular as diferentes funções podem ser realizadas sobre substratos funcionais separados, como silício ou vidro. As funções necessitam ser conjugadas com um sistema de canal microfluídico, que é tipicamente constituído de plástico Com pequenas geometrias de canal esta maneira de integração torna-se um processo muito desafiante. As interfaces entre os substratos e a chapa de canal necessitam ser muito lisas e exatas, e as geometrias de canal necessitam ser reproduzíveis, ao passo que os substratos funcionais devem ter uma pegada mínima para serem rentáveis. Especialmente, com funções, que necessitam uma interface fluídica assim como elétrica, a separação da interface úmida é crítica. As técnicas de ligação têm de ser compatíveis com os reagentes bioquímicos e tratamentos de superfície existentes sobre os substratos funcionais.

O documento US-Al 2003/0057391, incorporado a titulo de

referência, apresenta um conjunto de bombeio e valvular integrado de baixa potência que proporciona uma abordagem revolucionária para a realização de operações de bombeio e valvulares em sistemas microfluídicos fabricados para aplicações tais como micro chips de diagnose médica. Esta abordagem integra uma fonte de alta pressão, de baixa potência com um tampão polimérico, cerâmico ou metálico encerrado no interior de um microcanal, análogo a uma micro seringa. Quando a fonte de pressão é ativada, o tampão polimérico desliza no interior do microcanal, bombeando o fluido sobre o lado oposto do tampão sem permitir fluido a vazar em torno do tampão. Os tampões também podem servir como micro válvulas.

Todavia, o sistema de bombeio do documento US-Al 2003/0057391 não oferece um pequeno volume morto suficiente e não proporciona um transporte de fluido rápido otimizado. Além disso, os tampões necessitam ter um encaixe positivo para evitar vazamento de fluido de amostra assim os conjuntos de ação de bombeio e de válvula integrados de baixa potência não podem ser oferecidos a uma baixa faixa vertical da manufatura.

O documento US 2005/0098749 apresenta uma micro válvula e um processo de formar um batente de diafragma para uma micro válvula. A micro válvula inclui uma primeira camada e um membro de diafragma para controlar o fluxo de fluido através da micro válvula. O processo compreende a etapa de formar uma reentrância perfilada para o interior de uma superfície da camada usando um laser para remover material em uma série de áreas, a profundidades sucessivamente maiores se estendendo para dentro da dita superfície. De preferência, a reentrância tem um perfil abobado, e pode ser formada por um laser de ação direta, operado através de um programa de desenho assistido por computador executado em um computador. Por exemplo, arquivos de desenho artístico CAD, compreendendo uma série de círculos aproximadamente poligonais concêntricos podem ser gerados para criar a estrutura abobadada, Modificando a distância de passo excêntrica dos polígonos e equacionando determinadas larguras de linha com uma definição de ferramenta a laser equivalente pode controlar a profundidade de ablação a laser. De preferência, a definição por ferramenta a laser é combinada com a obra de arte CAD, que define um trajeto a laser de tal maneira que a geometria resultante é isenta de cantos vivos que possam causar a ruptura do diafragma da válvula.

O documento US 2005/0098749 é dirigido somente a uma micro válvula. Assim, a unidade de micro válvula do documento do US 2005/0098749 não integra simultaneamente uma bomba assim como uma função de válvula na mesma unidade. Outrossim, o membro de diafragma não é flexível de forma que a unidade de micro válvula do US 2005/0098749 não forma e reforma um canal temporalmente através do qual uma vazão de fluido pode ser dirigida. Conforme exposto no US 2005/0098749 o membro de diafragma abre um orifício a uma pressão específica para que o gás possa atravessar. Todavia,o gás não pode ser bombeado com o membro de diafragma,

Na última década consideráveis esforços de pesquisa foram dedicados no desenvolvimento de sistemas de bomba para dispositivos de sistema microfluídico de maneira a reduzir os volumes de líquido de amostras de análise.

A despeito destes esforços, permanece a necessidade por uma unidade de válvula-bomba com um volume morto reduzido otimizado. SUMÁRIO DA INVENÇÃO Um objetivo da presente invenção é apresentar uma unidade de bomba-válvula para um dispositivo microfluídico.

A unidade de bomba-válvula de acordo com a presente invenção apresenta uma válvula fluídica ou ação de bomba sobre um dispositivo microfluídico com um volume morto otimizado reduzido a um mínimo, de preferência aproximadamente zero.

Este objetivo é alcançado com um dispositivo microfluido que compreende pelo menos uma unidade de válvula-bomba, na qual o dispositivo microfluídico compreende: - um substrato, no qual sobre a superfície inferior do substrato

pelo menos dois microcanais são previstos para dirigir um fluxo de amostra fluídica sobre o substrato, com isto os dois microcanais não são ligados ponta a ponta e mutuamente espaçados por uma área de unidade de válvula-bomba do substrato;

- pelo menos uma membrana flexível, no qual a membrana

flexível é disposta sobre a superfície inferior do dito substrato;

- um elemento de sevo comando com uma superfície superior adjacente previsto para a membrana flexível;

- pelo menos um elemento de cobertura previsto sobre a superfície inferior da membrana flexível, no qual o elemento de cobertura

compreende pelo menos um recorte atravessante para receber um elemento de servo comando, para que o deslocamento do elemento de servo comando cause uma ação de bombeio e/ou ação da unidade de válvula-bomba da área de membrana flexível adjacentemente disposta para causar ou deter um fluxo de fluido dirigido sobre o substrato;

para que um fluxo de fluido entre os ditos dois microcanais não ligados ponta a ponta seja dirigido entre a área de válvula da superfície inferior do substrato e a superfície superior da membrana flexível através de um canal temporário amoldável formado pela membrana flexível cobrindo a área de válvula, com isto um deslocamento do elemento de servo comando no sentido da superfície inferior do substrato causa uma ação de válvula e um deslocamento oposto à superfície inferior do substrato libera espaço em uma câmara no interior do qual a membrana flexível pode se engatar para formar o canal temporário.

A unidade de válvula bomba de acordo com a presente

invenção simultaneamente integra uma bomba assim como uma função de válvula na mesma unidade.

De preferência o dispositivo microfluídico pode compreender pelo menos duas unidades de válvula-bomba para que um fluido possa ser bombeado nos dois sentidos.

O dispositivo microfluídico de acordo com a presente invenção pode ser usado para dirigir um fluxo de fluido sobre um substrato para uma área desejada através de um sistema de microcanal de canais permanente e de canais temporalmente formados, com isto o fluido pode ser submetido a uma sobrepressão relativamente baixa de por exemplo 50 mbar a 1 bar, de preferência 100 mbar a 300 mbar.

De acordo com uma modalidade preferencial da invenção, o substrato compreende uma pluralidade de microcanais e o fluido de amostra é dirigido de um microcanal para uma pluralidade de microcanais através da área de válvula. As técnicas atuais disponíveis permitem executar muitas reações em paralelo em diferentes câmaras de reação. A invenção permite direcionar o fluido de amostra simultaneamente para múltiplas câmaras de reação através de múltiplos microcanais operando a válvula-bomba.

De acordo com uma outra modalidade preferencial da invenção, a área de válvula inclui uma câmara de fluido, cuja câmara de fluido é prevista para armazenar fluido de amostra. O fluido de amostra armazenado na câmara de fluido é administrado às diferentes câmaras de reação através dos microcanais. Todas as câmaras de reação podem ser carregadas com o fluido de amostra de uma vez operando a unidade de válvula/bomba.

De acordo com uma modalidade adicional da invenção, a válvula/bomba é afixada a uma folha flexível, na qual a folha flexível é suscetível de alinhar da unidade de válvula/bomba com a superfície inferior do substrato quando o elemento de servo comando é movido no sentido da superfície inferior do substrato. Este movimento do elemento de servo comando causa um fluxo de fluido da câmara de fluido para os múltiplos microcanais não ligados ponta a ponta. A folha flexível permite o guiamento da unidade de válvula-bomba sem reprimir o alinhamento da unidade de válvula/bomba com o substrato. Em outras palavras, a unidade de válvula- bomba pode ser acionada por um elemento de servo comando que impele a unidade de válvula/bomba contra o substrato fechando o canal temporariamente formado. A folha flexível pode ser de polipropileno.

De acordo com ainda outra modalidade da invenção, os microcanais são alinhados radialmente e têm início no fundo da superfície inferior do substrato a partir do centro passando pela área de válvula e cruzando para um topo da superfície inferior do substrato. Esta configuração de canal de fluido singular permite uma selagem relativamente simples da pluralidade dos microcanais com a membrana flexível que forma a superfície inferior da câmara de fluido. A membrana flexível fecha todos os microcanais comum deslocamento do elemento de servo comando no sentido da superfície inferior do substrato.

De acordo com ainda outra modalidade da invenção, a membrana flexível é prevista para formar uma superfície inferior da câmara de fluido. O fluxo de fluido é dirigido entre a área de válvula da superfície inferior do substrato e a superfície superior da membrana flexível através de um canal temporariamente formado pela membrana flexível cobrindo a área de válvula, com isto um deslocamento do elemento de servo comando no sentido da superfície inferior do substrato causa uma ação de válvula e um deslocamento oposto à superfície inferior do substrato libera espaço em uma câmara no interior da qual a membrana flexível pode se engatar para formar o canal temporário e a superfície superior do elemento de servo comando cobre pelo menos parcialmente a superfície de membrana na área de válvula.

Conforme usado aqui termo "dispositivo de detecção" ou

"elemento de detecção" refere-se a quaisquer recursos, estrutura ou configuração, que permite interrogar uma amostra de fluido dentro do compartimento de processamento de amostra utilizando técnicas de detecção analíticas bem conhecidas daqueles versados no setor. Assim, um dispositivo de detecção pode incluir uma ou mais aberturas, aberturas alongadas ou ranhuras que se comunicam com o compartimento de processamento de amostra e podem permitir um aparelho ou dispositivo de detecção externo a ser interligado com o compartimento de processamento de amostra para detectar uma amostra de fluido, também designada de um 'analito', passando através do dispositivo de transporte de amostra fluídica.

O termo "amostra de fluido" é usado para se referir a qualquer composto ou composição, que ode ser bombeado através do sistema de canais temporariamente formado. A 'amostra de fluido' de preferência é um líquido.

O termo "canal" ou "sistema de canais" conforme usado na presente invenção significa um conduto através do qual uma corrente de fluido pode ser dirigida, por exemplo, para uma cavidade, reentrância e/ou área desejada localizada sobre o substrato.

O termo "área de válvula" conforme usado na presente invenção significa a área da superfície sobre o substrato localizada entre pelo menos dois microcanais não ligados ponta a ponta ao longo dos quais um fluxo de amostra de fluido é possível através de somente um canal de membrana temporariamente formado.

Um canal ou sistema de canal pode ser conectado com pelo menos uma cavidade, reentrância e/ou área localizada sobre o substrato onde o fluido pode ser, por exemplo, processado, recolhido, controlado e/ou detectado.

Um canal temporário é formado expandindo ou estriar a membrana flexível, para que a membrana flexível forme, por exemplo um túnel curvo sobre o substrato através do qual uma amostra de fluido pode fluir.

O termo "temporário" significa com relação ao canal, que o canal não é permanentemente formado. Isso significa que um canal de membrana temporariamente formado pode ser reformado com uma configuração não acanalada, tal como uma configuração de membrana plana entrando em contato com o substrato.

O termo "flexível" conforme usado na presente invenção com respeito à membrana significa que a membrana é suscetível de ser esticada ou elástica.

Os termos "orifício atravessante" e "corte atravessante" com

relação ao elemento de cobertura significa que o orifício assim como o corte se estendem da superfície superior do elemento de cobertura para a superfície inferior do elemento de cobertura (de um lado para outro).

A unidade de válvula/bomba de acordo com a presente invenção pode ser usada sobre Lab-on-chip (LOC) ou Sistemas de Análise Micro Total (micro TAS), por exemplo, em aplicações de diagnose molecular.

Pode ser visto pelas figuras 1-7 que a unidade de válvula/bomba é de uma faixa de manufatura vertical baixa.

Outra vantagem reside no fato de que o elemento de servo comando não necessitar ser hermeticamente selado, uma vez que o fluido já é selado membrana, de forma que o fluxo de fluido é causado entre o substrato compreendendo os microcanais e a superfície de membrana disposta adjacente ao substrato.

Uma outra vantagem é o fato da unidade de válvula/bomba situada no elemento de cobertura não entrar em contato com a amostra de fluido. Assim, o elemento de cobertura compreendendo a unidade de válvula/bomba não é contaminado com um fluido, e.g. amostra de analito fluido, de maneira que todas as partes podem ser reutilizadas exceto substrato coberto com a membrana.

Demais benefícios e vantagens da invenção se evidenciarão do exame da descrição detalhada a seguir, apresentada com referência aos desenhos apensos, que especificam e ilustram modalidades preferenciais da invenção.

DESCRIÇÃO SUCINTA DOS DESENHOS

A fig. 1 é uma vista lateral seccional de um substrato com uma válvula fechada de uma unidade de válvula/bomba de acordo com a presente invenção.

A fig. 2 é uma vista lateral seccional de um substrato com uma válvula aberta de uma unidade de válvula/bomba de acordo com a presente invenção e a membrana montada sobre o elemento de servo comando.

A fig. 3 é uma vista lateral seccional de um substrato com uma válvula aberta de uma unidade de válvula bomba de acordo com a presente invenção e a membrana não montada sobre o elemento de servo comando.

A fig. 4 é uma vista lateral seccional de um substrato com uma

válvula aberta de uma unidade de válvula bomba de acordo com a presente invenção, na qual a superfície superior do elemento de servo comando se superpõe às partes extremas de dois microcanais confrontantes.

A fig. 5 é uma vista lateral seccional de um substrato com uma válvula fechada de uma unidade de válvula bomba de acordo com a presente invenção, na qual um colar é previsto sobre a superfície superior do elemento de servo comando.

A fig. 6 é uma vista lateral seccional de um substrato com uma válvula fechada de uma unidade de válvula bomba de acordo com a presente invenção, na qual duas barras são dispostas sobre a superfície superior do elemento de servo comando.

A fig. 7 é uma vista lateral seccional de um substrato com uma válvula fechada de uma unidade de válvula bomba de acordo com a presente invenção, na qual um colar é previsto sobre a superfície superior do elemento de servo comando.

A fig. 8 é uma vista lateral seccional de um substrato com uma válvula fechada de uma unidade de válvula bomba de acordo com a presente invenção, na qual duas barras são dispostas sobre a superfície superior do elemento de servo comando.

A fig. 9 é uma vista lateral seccional de um substrato com uma válvula aberta de uma unidade de válvula bomba de acordo com a presente invenção, na qual a superfície superior do elemento de servo comando é coberta com uma camada de material elástico.

A fig. 10 é uma vista seccional de um substrato incluindo uma

câmara de fluido com uma válvula aberta de uma unidade de válvula bomba de acordo com a presente invenção.

A fig. 11 é uma vista explodida da fig. 10;

A fig. 12 é uma vista em planta de um dispositivo de microfluídico incluindo múltiplos microcanais.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERENCIAIS

Antes da invenção ser descrita em detalhe, deve ser compreendido que a presente invenção não está limitada às partes componentes específicas dos dispositivos descritos ou estágios de processo 25 dos processos descritos pois tais dispositivos e processos podem variar. Deve também ser entendido que a terminologia aqui adotada é para o fim de descrever somente as modalidades específicas e não pretende ser limitativa. Deve também ser observado que, conforme usada no relatório descritivo e nas reivindicações apensas, as formas singulares “um”, “uma” e “o” incluem referências tanto no singular como no plural salvo se o contexto claramente o prescrever de outro modo. Assim, por exemplo, a menção feita a “um fluido” pode incluir misturas, a menção a “um dispositivo” abrange dois ou mais dos ditos dispositivos, a menção a “uma unidade” inclui duas ou mais das ditas

5 unidades, a referência a “um canal temporariamente formado” pode incluir mais do que pelo menos um dos ditos canais temporariamente formados, e semelhantes.

A figura 1 mostra em uma vista seccional um dispositivo microfluídico 1 com uma unidade de válvula/bomba 2 O dispositivo 10 microfluídico 1 compreende um substrato 3, no qual sobre a superfície inferior do substrato 3 dois microcanais 4 são previstos para dirigir um fluxo de uma amostra fluida 5 sobre o substrato 3, com isto os dois microcanais 4 não são ligados ponta com ponta e mutuamente espaçados por uma área de válvula 6 do substrato 3. Outrossim, uma membrana flexível 7 é disposta 15 sobre a superfície inferior do substrato 3 e interposta entre o substrato e um elemento de cobertura 10. O elemento de cobertura 10 compreende um recorte atravessante 11 para receber um elemento de servo comando 8, no qual a superfície superior 9 do elemento de servo comando 8 é disposta adjacente à membrana flexível 7, de maneira que o deslocamento do elemento

de servo comando 8 causa uma ação de bombeio e/ou de válvula da seção de membrana flexível contiguamente disposta para causar ou deter um fluxo de fluido dirigido entre os dois microcanais 4 não ligados ponta com ponta 4 sobre o substrato 3. Um deslocamento do elemento de servo comando 8 no sentido da superfície inferior do substrato 3 causa uma ação de válvula e um 25 deslocamento no sentido oposto à superfície inferior do substrato libera um espaço de uma câmara 13 no interior da qual a membrana flexível 7 pode se engatar para formar um canal temporário 12. A superfície superior 9 do elemento de servo comando 8 cobre exatamente a superfície externa da área de válvula 6. Assim, o volume morto da unidade de válvula/bomba 2 está próximo de zero, uma vez que a superfície superior 9 do elemento de servo comando 8 cobre exatamente a superfície externa da área de válvula 6.

A figura 2 mostra um dispositivo microfluídico 1 de acordo com a fig. 1 no qual a unidade de válvula/bomba 2 está em um estado aberto. Em um estado de válvula fechado, como pode ser visto na figura 1, a membrana abaixo da superfície do elemento de servo comando 8 é pressionada sobre o substrato de forma que o fluido 5 é forçado para o interior do microcanal 4. de modo que nenhum fluido 5 permaneça na área de válvula

6 sobre o substrato 2. Ao abrir a válvula 2, como mostrado na fig. 2, fluido 5 pode afluir para o interior do canal 12 temporariamente formado ao longo da área de válvula 6 a partir de um primeiro microcanal 4 para um segundo microcanal 4, com isto os canais 4 são desconectados pela área de válvula 6. De acordo com uma modalidade da fig. 2, a membrana 7 é montada sobre a superfície superior 9 do elemento de servo comando 8 para que uma ação de bombeio cause a obtenção de um fluxo de fluido dirigido por uma ação alternativa de avanço e recuo de bombeio de uma amostra de fluido por uma segunda unidade de bomba e/válvula 2 (não mostrada) é localizada sobre o dispositivo fluídico 1, no qual as pelo menos duas unidades de bomba e válvula 2 são ligadas por um canal 4.

A figura 3 mostra um dispositivo microfluídico 1 de acordo com a figura 2 com a diferença residindo no fato da membrana 7 não ser montada na superfície superior 9 do elemento de servo comando 8, de maneira que a formação de um canal temporário 12 pode ser causada devido à pressão externa submetida ao fluido 5. Todavia,o fechamento da unidade de válvula/bomba 2 pode causar um fluxo de fluido com respeito ao fluido 5 acumulado no correspondente canal temporariamente formado 12 abaixo da unidade de válvula/bomba 2.

A figura 4 mostra um dispositivo microfluídico 1 de acordo com a fig. 2 com a diferença de que a superfície superior do elemento de servo comando 8 se superpor às partes extremas 14a/14b de dois microcanais, que são ligados através de um canal temporariamente conformável 12 formado pela membrana flexível 7 sobre o substrato 3 para admitir um fluxo de fluido atravessante ao longo da área de válvula 6 do substrato 3.

A figura 5 mostra um dispositivo microfluídico 1 de acordo

com a figura 4 com a diferença residindo no fato da unidade de válvula/bomba 2 estar em um estado fechado e a seção de superfície superior

21 do elemento de servo comando 8 confrontando a membrana 7 compreender um colar 15 atuando como um anel de vedação. Outrossim, a seção de superfície superior 21 é de um material flexível diferente.

A figura 6 mostra um dispositivo microfluídico 1 de acordo com a fig. 5 com a diferença do colar 15 que funciona como anel de vedação ser substituído por uma barra 16 na parte inferior 20.

A figura 7 mostra um dispositivo microfluídico 1 de acordo 15 com a figura 6 com a diferença residindo no fato de que o elemento de servo comando 8 ser desprovido de haste. Este tipo de elemento de servo comando apresenta uma configuração plana para o elemento de servo comando 8. Todavia, em vez de uma barra 16 o elemento de servo comando 8 pode compreender um colar 15 na parte inferior. Outrossim, de preferência o 20 elemento de servo comando 8 compreendendo um colar 15 ou uma barra 16 constitui uma só parte e do mesmo material flexível.

A figura 8 mostra um dispositivo microfluídico 1 de acordo com a figura 7 com a diferença de que o elemento de servo comando 8 confrontando a membrana 7 compreender um colar 15 que funciona como um anel de vedação em vez de uma barra 16 na parte inferior e a seção de superfície superior 21 ser de um material flexível diferente.

A figura 9 mostra um dispositivo microfluídico 1 com um elemento de servo comando compreendendo uma haste 19 e uma parte inferior 20. O diâmetro da parte inferior 20 é maior que o diâmetro da haste 19. A figura 9 diferente da fig. 2 pelo fato da superfície superior da parte inferior 20 ser coberta com uma camada de material elástico 21.

A figura 10 mostra um dispositivo microfluídico 1 com um substrato 3 incluindo uma câmara de fluido 30 e uma pluralidade de microcanais (4), dentre os quais somente dois são mostrados nesta figura. A figura 11 é uma vista explodida do canal microfluídico da figura 10. O fluido de amostra (5) é dirigido de um microcanal (4) para a pluralidade de microcanais (4) através da área de válvula (6). A câmara de fluido situa-se na área de válvula (6). A câmara de fluido (30) é prevista para armazenar o fluido de amostra (5). A membrana flexível (7) é disposta para formar uma superfície inferior da câmara de fluido. A unidade de válvula bomba (2) é afixada a uma folha flexível (33) A folha flexível (33) é suscetível de alinhar a unidade de válvula bomba (2) com a superfície inferior do substrato quando o elemento de servo comando (8) é movido no sentido da superfície inferior do substrato.

A figura 12 mostra uma pluralidade de microcanais (4) que são alinhados radialmente e se iniciam a partir do fiando da superfície inferior do substrato (3) do centro passando pela área de válvula e cruzando um topo da superfície inferior do substrato.

O material de substrato pode ser selecionado do grupo que compreende vidro, cerâmica, silicone, metal e/ou material polimérico.

De acordo com a presente invenção, a superfície do substrato pode ser pelo menos parcialmente coberta com uma camada polimérica. A estrutura de microcanais pode ser formada na dita camada polimérica por técnicas genericamente conhecidas. Por exemplo, microcanais podem ser formados pelo uso de técnicas de ablação a laser. Um processo de ablação a laser pode ser usado, porque evita os problemas enfrentados com técnicas de ataque isotrópicas micro litográficas que podem rebaixar o mascaramento durante o ataque, dando origem a estruturas assimétricas tendo paredes laterais curvas e fundos planos. O uso de processos de ablação a laser para formar micro estruturas em substratos tais como de polímeros simplifica a fabricação, assim baixando os custos de fabricação. Todavia, moldagem por injeção também pode ser usada como um processo de fabricação apropriado.

5 Sobre o topo do substrato é disposta uma membrana flexível.

A dimensão da membrana flexível pode ser selecionada para que a membrana flexível cubra por completo ou parcialmente a superfície superior do substrato. Pode haver preferência também que a membrana flexível envolva o substrato. Preferencialmente a membrana flexível cobre o dispositivo de 10 transporte da amostra de fluido pelo menos sobre todas as áreas onde uma ação de bomba ou de válvula é desejada e/ou um canal temporário 12 necessita ser formado para dirigir a amostra de fluido para uma cavidade ou área, onde a amostra de fluido é detectada, controlada e/ou processada. Pode ser adicionalmente preferível que a membrana flexível cubra as áreas de 15 processamento, controle e/ou detecção igualmente. Todavia, preferencialmente a membrana flexível cobre por completo ou envolve a superfície superior do substrato.

As figuras 1 a 6 e 9 mostram um dispositivo microfluídico 1 em uma vista lateral seccional de um substrato com uma unidade de 20 válvula/bomba de acordo com a presente invenção, na qual o elemento de servo comando tem uma haste cilíndrica e uma parte inferior cilíndrica e esta parte inferior têm um diâmetro maior que a haste. Todavia, como pode ser visto pelas figs. 7 e 8, o elemento de servo comando pode ter uma configuração plana, isto é, uma parte de fiando, de preferência uma parte 25 inferior cilíndrica, e desprovida de haste. Um elemento de servo comando deste tipo pode ser acionado, por exemplo, por pressão digital ou similar. Outrossim, como mostrado nas figs. 10-11, o elemento de servo comando tem uma parte inferior cilíndrica sem uma haste. A unidade de válvula/bomba é afixada à folha flexível 33. A membrana conforme usada de acordo com a presente invenção é impermeável para que fluido não penetre na membrana durante a operação. Pode ser preferível que a membrana seja flexível e/ou elástica de maneira a formar e reformar um microcanal temporário.

Entre os materiais de membrana apropriados estão os polímeros, de preferência borrachas naturais ou sintéticas. Uma vez que folhas de metal ou membranas metálicas são inelásticas, folhas de metal ou membranas metálicas podem ser excluídas como um material de membrana. Entre os materiais de membrana de preferência estão os termoplásticos, elastômeros, elastômeros termoplásticos e silicones assim como misturas dos mesmos.

Um canal de formação temporária de preferência pode ter um perfil em U através do qual um fluxo de fluido posa ser temporariamente dirigido.

A profundidade dos canais de formação temporária pode ser de μιη a 500 μηι e de preferência de 30 μιη a 200 μηι.

Para obter um efeito de válvula e/ou de bombeio satisfatório pela membrana, de preferência a membrana tem uma espessura de 1 μιη a 1000 μιη, de preferência de 20 μηι a 200 μιη e preferencialmente de 50 μηι a 100 μηι. Se a membrana for excessivamente delgada existe o risco de deterioração da membrana, que pode resultar em vazamento da amostra de fluido. Todavia, se a membrana for excessivamente espessa existe o risco de pane da bomba e/ou efeito de válvula da membrana com respeito ao transporte do fluido. Tem preferência uma membrana de borracha dotada de uma espessura entre 50 μ e 200 μ.

Para obter uma ação de bombeio e válvula aperfeiçoada de preferência s membrana flexível possui um módulo-e de 0,5 MPa a 250 MPa, de preferência de I MPa as 100 MPa, e preferencialmente de 5 MPa a 10 Outrossim, pode ser preferível que a membrana flexível tenha uma deformação elástica de pelo menos 105% e de preferência de pelo menos 110% MPa. Esta característica do material pode oferecer uma vantagem com respeito a facilitar a formação de um canal temporário.

O elemento de cobertura pode ser um cartucho ou constituir

parte integrante de um aparelho para diagnose médica e/ou análise química e/ou biológica.

O elemento de cobertura compreende pelo menos um recorte atravessante para receber um elemento de servo comando. O recorte 10 atravessante é configurado de tal modo a permitir um curso ascendente ou descendente do elemento de servo comando. Outrossim, o recorte atravessante compreende uma câmara que é liberada a um deslocamento do elemento de servo comando oposto à superfície inferior da membrana pode se engatar para formar um canal temporário.

De acordo com uma modalidade preferencial da presente

invenção, a parte superior do recorte atravessante do elemento de cobertura tem a forma de uma câmara para receber a parte inferior e a parte inferior do recorte atravessante do elemento de cobertura tem uma forma cilíndrica menor para receber a parte de haste do elemento de servo comando.

O elemento de servo comando pode ser constituído de plástico,

metal, vidro e/ou cerâmica. De preferência, o elemento de servo comando é um êmbolo mergulhante.

De acordo com uma modalidade preferencial, o elemento de servo comando tem uma haste e uma parte inferior 20 dotada de um maior diâmetro que a haste.

De acordo com outra modalidade preferencial da presente invenção, a superfície superior da parte inferior é coberta por uma camada de material elástico.

A superfície superior do elemento de servo comando pode ser montada na membrana. Todavia, não é indispensável que o elemento de servo comando seja montado na membrana. Neste caso, um canal de membrana temporário pode ser formado, por exemplo, caso o fluido seja submetido a uma pressão externa.

De acordo com uma modalidade preferencial do elemento de servo comando, a superfície superior do elemento de servo comando cobre por completo a área de válvula.

Todavia, de preferência a superfície superior do elemento de servo comando se superpõe às partes extremas de dois microcanais, que são ligadas através de um canal temporariamente formado pela membrana flexível sobre o substrato para admitir um fluxo de fluido atravessante. Esta modalidade de um elemento de servo comando reduz o volume morto da unidade de válvula-bomba a cerca de zero, uma vez que devido à superposição da superfície superior do elemento de servo comando todo o fluido pode ser retomado da área de válvula para o interior do sistema de microcanal do substrato.

A superfície superior do elemento de servo comando pode compreender um colar e/ou barra. O colar e/ou a barra pode desempenhar uma função vedante, para que fluido não possa se infiltrar entre a área de válvula e a membrana flexível, quando a válvula está em um estado fechado. Para aumentar a função vedante do colar e/ou barra pode haver preferência que o colar e/ou a barra se engatem no interior de microcanais de contato.

Outrossim, o colar e/ou a barra podem ter uma ação de bombeio. Por exemplo, se o diâmetro do colar é menor que o diâmetro da área de válvula, a ação vertical do elemento de servo comando em vai e vem ocasiona uma ação aspirante ou premente. Assim, o elemento de servo comando pode ser de u material flexível delgado com um colar e/ou uma barra. Um elemento de servo comando deste tipo pode ser acionado, por exemplo, por pressão dos dedos. O dispositivo microfluídico de acordo com a presente invenção pode compreender pelo menos um elemento processador, controlador e/ou detector. O dispositivo microfluídico de acordo com a presente invenção pode ser usado para:

- análise química, diagnostico, análise médica e/ou biológica, compreendendo análises ou avaliações de fluidos biológicos tais como de gemas de ovos, sangue, soro e/ou plasma;

- análise ambiental compreendendo análise de água, extratos de solo dissolvidos extratos de plantas dissolvidos;

- soluções de reação, dispersões e/ou análise de formulações, compreendendo análise em produção química, particularmente soluções de corantes ou soluções de reação,

- e/ou análises de preservação de qualidade.

Claims

1. Dispositivo microfluídico (1) compreendendo pelo menos uma unidade de válvula/bomba (2), o dispositivo microfluídico caracterizado pelo fato de que compreende: - um substrato (3), no qual sobre a superfície inferior do substrato (3) pelo menos dois microcanais (4) são dispostos para dirigir o fluxo de amostra fluídica (5) sobre o substrato (3); pelo qual os dois microcanais (4) não são ligados pelas extremidades e mutuamente espaçados por uma área de válvula (6) do substrato (3); - pelo menos uma membrana flexível (7), onde a membrana flexível (7) disposta sobre a superfície inferior do substrato (3); - um elemento de servo comando (8) com uma superfície superior (9) adjacente disposta na membrana flexível (7); - pelo menos um elemento de cobertura (10) disposto sobre a superfície inferior da membrana flexível (7), no qual o elemento de cobertura (10) compreende pelo menos um recorte atravessante (11) para receber um elemento de servo comando (8), para que o deslocamento do elemento de servo comando (8) cause uma ação de bombeio e/ou válvula da área de membrana adjacentemente disposta para causar ou interromper um fluxo de fluido dirigido sobre o substrato (3); para que um fluxo de fluido entre os ditos dois microcanais não ligados pelas extremidades seja dirigido entre a área de válvula (6) da superfície inferior do substrato (3) e a superfície superior da membrana flexível (7) através de um canal temporariamente formado (12) formado pela membrana flexível (7) cobrindo a área de válvula (6), com isto um deslocamento do elemento de servo comando (8) no sentido da superfície inferior do substrato causa uma ação de válvula e um deslocamento oposto à superfície inferior do substrato libera um espaço em uma câmara (13) no interior do qual a membrana (7) pode se engatar para formar o canal temporário (12) e a superfície superior (9) do elemento de servo comando (8) cobre pelo menos parcialmente a superfície de membrana (7) na área de válvula (6).

2. Dispositivo microfluídico (1) de acordo com a reivindicação1, caracterizado pelo fato de que o substrato (3) compreende uma pluralidade de microcanais (4) e no qual o fluido de amostra (5) é dirigido de um microcanal (4) para a pluralidade de microcanais (4) através da área de válvula (6).

3.Dispositivo microfluídico (1) de acordo com a reivindicação2, caracterizado pelo fato de que a área de válvula (6) inclui uma câmara de fluido (30) prevista para armazenar o fluido de amostra (5).

4. Dispositivo microfluídico (1) de acordo com a reivindicação2, caracterizado pelo fato de que a unidade de válvula/bomba (2) é afixada a uma folha flexível (33), e a folha flexível (33) é suscetível de alinhar a unidade de válvula/bomba (2) com a superfície inferior do substrato quando o elemento de servo comando (8) é movido no sentido da superfície inferior do substrato.

5. Dispositivo microfluídico (1) de acordo com a reivindicação2, caracterizado pelo fato de que os microcanais (4) são alinhados radialmente e se iniciam do fundo da superfície inferior do substrato (3) do centro passando pela área de válvula e cruzando para um topo da superfície inferior do substrato.

6. Dispositivo microfluídico (1) de acordo com a reivindicação3, caracterizado pelo fato de que a membrana flexível (7) é prevista para formar uma superfície inferior da câmara de fluido,

7. Dispositivo microfluídico (1) de acordo com a reivindicação1, caracterizado pelo fato de que a superfície superior do elemento de servo comando (8) se superpõe às partes extremas (14a/14b) dos dois microcanais (4), que são ligados através de um canal temporariamente conformável (12) formado pela membrana flexível (7) sobre o substrato (3) para admitir um fluxo de fluido atravessante.

8. Dispositivo microfluídico (1) de acordo com a reivindicação 1-7, caracterizado pelo fato de que a superfície superior do elemento de servocomando (8) compreende um colar (15) e/ou barra (16).

9. Dispositivo microfluídico (1) de acordo com a reivindicação 1-8, caracterizado pelo fato de que o elemento de cobertura (10) é removivelmente conectado com o substrato (3), de preferência o elemento de cobertura (10) é um cartucho (17) ou é parte integrante (18) de um aparelho para análise química, diagnóstico, análise médica e/ou biológica.

10. Dispositivo microfluídico (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento de servocomando (8) tem uma haste (19) e uma parte inferior (20) dotada de um maior diâmetro que a haste (19) ou o elemento de servo comando (8) ter uma parte inferior (20), porém, isenta de haste (19).

11. Dispositivo microfluídico (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a parte superior da parte inferior (20) é revestida com uma camada de material elástico (21).

12. Dispositivo microfluídico (1) de acordo com as reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que a parte superior do recorte atravessante (11) do elemento de cobertura (10) tem a forma de uma câmara (22) para receber a parte de fundo (20) e a parte inferior do recorte atravessante (11) do elemento de cobertura (10) tem uma forma cilíndrica menor para receber a parte de haste (19) do elemento de servo comando (8).

13. Dispositivo microfluídico (1) de acordo com as reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que a membrana flexível (7) tem uma espessura de 1 μηι a 1000 μιη, de preferência de 20 μιη a 200 μηι e mais exatamente de 50 μηι a 100 μηι,

14. Dispositivo microfluídico (1) de acordo com as reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que a membrana flexível (7) tem um modulo 0,5 MPa a 250 MPa, de preferência de I MPa a 100 MPa, e preferencialmente de 5 MPa a 10 MPa, e/ou a membrana flexível (7) tem uma deformação elástica de pelo menos 105% e de preferência de pelo menos 110%.

15. Dispositivo microfluídico (1) de acordo com as reivindicações 1 a 14, o dispositivo microfluídico (1) caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos um elemento processador, controlador e/ou detector.

16. Uso de um dispositivo microfluídico de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes caracterizado pelo fato de que é empregado em um ensaio de diagnóstico.