ES2197681T3

ES2197681T3 - Procedimiento de fabricacion de dispositivos microfluidicos multicapa integrados.

Info

Publication number: ES2197681T3
Application number: ES99951826T
Authority: ES
Inventors: Jeremy W. Burdon; Rong-Fong Huang; David Wilcox; Nicholas J. Naclerio; Cynthia Ann Gorsuch Briscoe; Piotr Grodzinski; Huinan Yu; Robert Marrero; Sean Ross Gallagher; Yuk-Tong Chan; Barbara Barenburg Foley; Xunhu Dai
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1998-10-09
Filing date: 1999-10-07
Publication date: 2004-01-01
Anticipated expiration: 2019-10-07
Also published as: US6984516B2; US6527890B1; US6732567B2; WO2000021659A9; DE69906772T2; EP1123157B1; JP2002527254A; DE69906772D1; WO2000021659A1; US20030118481A1; ATE236719T1; US20030129646A1; EP1123157A1; US6572830B1; US6544734B1; CA2346059A1; AU6418499A

Abstract

Procedimiento para fabricar una estructura sustancialmente monolítica a partir de una pluralidad de capas de hoja verde, incluyendo dicha pluralidad de capas de hoja verde al menos una primera capa y una segunda capa, teniendo dicha pluralidad de capas de hoja verde un aglomerante polimérico, comprendiendo el procedimiento las etapas de: (a) aplicar un adhesivo a una primera superficie de dicha primera capa, incluyendo dicho adhesivo un polímero adhesivo diferente del citado aglomerante polimérico, descomponiéndose dicho polímero adhesivo a una temperatura más elevada que la del citado aglomerante polimérico; (b) superponer dicha pluralidad de capas de hoja verde para formar una estructura de hoja verde de capas múltiples, interponiéndose el citado adhesivo entre dicha primera superficie de dicha primera capa y una segunda superficie de dicha segunda capa; (c) repetir, opcionalmente, las etapas (a) y (b) para añadir capas de hoja verde adicionales a dicha estructura de hoja verde de capas múltiples. (d) cocer dicha estructura de hoja verde de capas múltiples durante un período de tiempo predeterminado, para alcanzar una temperatura de sinterización predeterminada, formándose como consecuencia dicha estructura sustancialmente monolítica.

Description

Procedimientos de fabricación de dispositivos microfluídicos multicapa integrados.

Antecedentes de la invención 1. Campo de la invención

Esta invención está relacionada con el campo de los dispositivos para microfluidos. Más particularmente, la invención está relacionada con un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, formado a partir de capas de hojas verdes, que tiene componentes que son cocidos conjuntamente y sinterizados con las capas de hojas verdes, para proporcionar una estructura monolítica e integrada y está también relacionada con procedimientos para la obtención de los citados dispositivos.

2. Descripción de la técnica relacionada

Los dispositivos para microfluidos presentan una amplia variedad de aplicaciones químicas y biológicas. De manera específica, los dispositivos para microfluidos pueden ser utilizados para mezclar, reaccionar, medir, analizar y detectar materiales químicos y biológicos en estado fluido. Muchas de las técnicas sintéticas y analíticas que, de manera convencional, requieren grandes, voluminosos y complicados aparatos pueden ser miniaturizadas en forma de dispositivos para microfluidos.

Los dispositivos para microfluidos son muy habitualmente preparados a partir de sílice, vidrio o sustratos de plástico. No obstante, cada uno de estos materiales presenta determinadas desventajas que limitan su utilidad. Los canales y otras estructuras microfluídicas diversas pueden ser mordentados en sílice, pero los citados procedimientos de mordentado no son habitualmente capaces de formar las complejas estructuras tridimensionales y las estructuras incrustadas que son a menudo deseables en dispositivos para microfluidos. El silicio, como material, no es tampoco compatible con muchos fluidos que contienen materiales biológicos. Habitualmente, este problema es superado mediante el paso adicional de aplicarle un revestimiento especial a los canales para microfluidos. Finalmente, teniendo en cuenta que el silicio es un semi-conductor, resulta difícil o imposible conseguir determinadas técnicas de bombeo, tales como el bombeo electro-hidrodinámico y el bombeo electro-osmótico. En términos globales, el silicio constituye un sustrato costoso con el que trabajar, haciendo que resulte solo de limitada utilidad para la producción de dispositivos para microfluidos a gran escala, los cuales no requieren habitualmente estructuras con dimensiones por debajo de aproximadamente 10 micras.

Al igual que con el silicio, los canales pueden también ser mordentados en sustratos de vidrio. Si bien pueden construirse estructuras en tres dimensiones y estructuras incrustadas mediante la unión conjunta de sucesivas capas de vidrio utilizando un procedimiento de unión anódico, este procedimiento de unión resulta difícil y es muy costoso. En particular, con vistas a lograr una unión fiable, cada una de las capas es añadida de manera secuencial, a saber, solo una cada vez. Además, la superficie de cada una de las sucesivas capas tiene que ser prácticamente perfectamente plana. Este requisito de rigurosa fiabilidad convierte a la fabricación de dispositivos de vidrio de capas múltiples en difícil y caro y proporciona bajos rendimientos.

El plástico presenta también una serie de desventajas como sustrato para dispositivos para microfluidos. En primer lugar, la mayoría de los sustratos de plástico no pueden ser utilizados por encima de aproximadamente los 350ºC, limitando con ello la extensión a la cual los dispositivos a base de plástico para microfluidos pueden calentar fluidos. En segundo lugar, muchos materiales plásticos, como el silicio, presentan problemas de biocompatibilidad. Por consiguiente, la biocompatibilidad se logra habitualmente a través de un paso adicional de añadir revestimientos especiales a los caminos de paso del fluido. En tercer lugar, se considera que, al igual que en el caso del silicio, el bombeo electro-osmótico sería difícil o imposible de lograr en dispositivos para microfluidos de plástico, debido a la falta de disponibilidad de carga superficial fijada. En cuarto lugar, la capacidad para fabricar estructuras tridimensionales y estructuras incrustadas está limitada en los dispositivos de plástico, debido a la dificultad en unir más de dos capas de plástico conjuntamente.

La preparación de estructuras de capas múltiples a partir de una diversidad de capas de hojas verdes resulta conocida. No obstante, los procedimientos de laminación de hojas verdes convencionales exigen generalmente una laminación a elevada presión. De manera habitual, el procedimiento de laminación se desarrolla en dos pasos. Primeramente, las capas de hojas verdes superpuestas son sometidas a una presión de entre aproximadamente 1000 y 1500 psi, en una prensa monoaxial. Seguidamente, las capas son sometidas a una presión de entre aproximadamente 3000 y 5000 psi, en una prensa isostática, por espacio de entre aproximadamente 10 a 15 minutos, a una temperatura elevada, tal como 70ºC.

Este procedimiento de laminación convencional presenta un determinado número de limitaciones. Por ejemplo, el relativamente largo período de tiempo que resulta necesario en la prensa isostática resulta no deseable en procedimientos de fabricación a gran escala. Adicionalmente, las citadas elevadas presiones tienden a distorsionar las dimensiones de las estructuras internas presentes en las capas y pueden provocar daños en determinados materiales y dispositivos, los cuales puede ser que se deseen incluir en la estructura de capas múltiples terminada. El control sobre las dimensiones de las estructuras internas resulta también indeseablemente bajo cuando se utilizan las citadas presiones elevadas. El problema resulta particularmente agudo cuando se desee obtener estructuras, tales como cavidades internas o externas o canales, en la estructura de capas múltiples, dado que dichas estructuras tienden a cerrarse del todo cuando se aplican las citadas elevadas presiones. El problema se agudiza cuanto mayor sea el tamaño de la cavidad o del canal. Por consiguiente, la formación en la estructura de capas múltiples de todas las cavidades internas y canales, con excepción de las inferiores a aproximadamente 20 micras, resulta muy difícil de llevar a cabo, de una manera fiable, cuando se utilizan las citadas presiones elevadas para laminación.

Resumen de la invención

En un primer aspecto, la presente invención proporciona un procedimiento para la fabricación de una estructura sustancialmente monolítica, tal como se define en la reivindicación 1.

En un segundo aspecto, la invención proporciona un procedimiento para la fabricación de una estructura sustancialmente monolítica, tal como se define en la reivindicación 2.

Debido a la particularidad de que los dispositivos para microfluidos de capas múltiples de la presente invención se obtienen a partir de una diversidad de capas de hojas verdes sinterizadas conjuntamente, los dispositivos pueden conferir una amplia diversidad de propiedades y de funcionalidades que resultan de utilidad para aplicaciones químicas y biológicas. Los materiales de las capas de hojas verdes pueden ser seleccionados a los efectos de que resulten química y biológicamente compatibles con los fluidos utilizados en el dispositivo y pueden ser también seleccionados para que resulten compatibles con la banda particular de temperaturas utilizada en el dispositivo.

De manera adicional, las capas de hojas verdes en el dispositivo no necesitan ser todas preparadas a partir del mismo material. De este modo, el dispositivo puede proporcionar, de manera ventajosa, diferentes propiedades, tales como conductividad térmica, en diferentes localizaciones. Como ejemplo importante, una de las capas de hojas verdes puede incluir partículas de vidrio, con vistas a proporcionar una capa que sea ópticamente transmisora, permitiendo el acceso óptico a determinadas partes de los caminos de paso del fluido en el dispositivo.

En los dispositivos de la presente invención pueden construirse complicadas estructuras dejando que cada una de las capas de hojas verdes sea procesada de manera individual, con anterioridad a ser sinterizadas conjuntamente. Por ejemplo, el camino de paso de fluido en el dispositivo puede ser definida mediante estructuras, tales como vías y canales, las cuales son formadas en varias de las capas de hojas verdes con anterioridad a su sinterización conjunta. Por consiguiente, la fabricación de una diversidad de capas permite que el camino de paso de fluido disponga de una complicada estructura tridimensional la cual sería, por otro lado, difícil de obtener.

La tecnología de las hojas verdes permite también la posibilidad de disponer, en los dispositivos, de una amplia variedad de componentes funcionales, tales como elementos de calentamiento, elementos de refrigeración, sensores de fluidos y transductores de movimientos de fluidos. De manera ventajosa, estos componentes funcionales pueden ser cocidos conjuntamente y sinterizados con las capas de hojas verdes, con vistas a que formen parte integral del dispositivo. Los citados componentes integrales son incorporados en el dispositivo de una manera más eficaz y fiable y, por consiguiente, facilitan la fabricación de dispositivos para microfluidos a gran escala.

La tecnología de película gruesa constituye una importante vía para la obtención de los citados componentes integrales. Pueden serigrafiarse pastas de película gruesa sobre capas de hojas verdes individuales y después ser sometidas a cocción conjunta y a sinterización con las capas de hojas verdes, para ser convertidas en parte integral del dispositivo. Las películas gruesas pueden incluir materiales conductores, tales como metales, con vistas a proporcionar vías eléctricamente conductoras en el dispositivo. En particular, la utilización de trazas conductoras depositadas sobre la superficie de las capas de hojas verdes, en combinación con vías rellenas de conductor en las capas de hojas verdes, permite la fabricación eficaz de vías de conducción eléctrica complicadas en el dispositivo. La tecnología de película gruesa permite también que otros materiales, tales como materiales termoeléctricos, piezoelétricos y materiales de elevada permeabilidad magnética sean incorporados en el dispositivo.

Mediante la utilización de un material adhesivo para unir las capas de hojas verdes conjuntamente, las mismas pueden ser objeto de laminación a bajas presiones, minimizándose como consecuencia la deformación y el daño a las estructuras internas y permitiendo que las cavidades y los canales se formen con buenas tolerancias dimensionales.

Breve descripción de los dibujos

La Fig 1 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, según una realización de la presente invención.

Las Figs 1A-1F constituyen vistas parciales del dispositivo para microfluidos de capas múltiples, correspondiendo cada una de las vistas parciales a una vista planar de una capa distinta del dispositivo para microfluidos de capas múltiples de la Fig 1.

La Fig 2 es una representación esquemática de los pasos para la preparación de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, según una realización de la presente invención.

La Fig 3 constituye una representación esquemática de un procedimiento alternativo para la preparación de una estructura de capas múltiples, según la presente invención.

La Fig 4 constituye una representación esquemática de una estructura de capas múltiples, según la presente invención.

La Fig 5 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, provisto de un calentador horizontal, según una realización de la presente invención.

La Fig 5A constituye una vista parcial del dispositivo para microfluidos de capas múltiples de la Fig 5, correspondiente a una vista planar de la capa más baja del dispositivo para microfluidos de capas múltiples de la Fig. 5.

La Fig 6 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, teniendo un serpentín vertical enrollado alrededor de una cavidad, según una realización de la presente invención.

La Fig 6A constituye una vista en perspectiva del serpentín vertical de la Fig. 6.

La Fig 7 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene un serpentín horizontal enrollado alrededor de un canal, según una realización de la presente invención.

La Fig 7A es una vista en perspectiva del serpentín horizontal de la Fig. 7.

La Fig 8 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene un elemento termoeléctrico, según una realización de la presente invención.

La Fig 9 constituye una representación esquemática despiezada de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene dos elementos termoeléctricos, según una realización de la presente invención.

La Fig 9A es una vista esquemática de uno de los elementos termoeléctricos de la Fig 7.

La Fig 10 constituye una representación esquemática de una configuración alternativa para un elemento termoeléctrico, según una realización de la presente invención.

La Fig 11 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene un bolsillo de aislamiento térmico, según una realización de la presente invención.

La Fig 12 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene una diversidad de vías térmicas, según una realización de la presente invención.

La Fig 13 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene un intercambiador de calor, según una realización de la presente invención.

La Fig 14 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene un catalizador heterogéneo en una cámara de reacción, según una realización de la presente invención.

La Fig 15 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene medios para aplicar energía de microondas para lisis celular, según una realización de la presente invención.

La Fig 16 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene un sensor capacitativo, según una realización de la presente invención.

La Fig 17 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene un sensor capacitativo, según una realización de la presente invención.

La Fig 18 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene un sensor capacitativo, según una realización de la presente invención.

La Fig 19 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene un sensor capacitativo, según una realización de la presente invención.

La Fig 20 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene un sensor resistivo, según una realización de la presente invención.

La Fig 21 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene un sensor resistivo, según una realización de la presente invención.

La Fig 22 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene un sensor de temperatura, según una realización de la presente invención.

La Fig 22A constituye una vista parcial del dispositivo para microfluidos de capas múltiples de la Fig. 22, correspondiente a una vista planar de una capa del dispositivo para microfluidos de capas múltiples de la Fig. 22.

La Fig 23 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene un sensor de pH, según una realización de la presente invención.

La Fig 24 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene un sensor de pH y una cavidad para una solución de referencia, según una realización de la presente invención.

La Fig 25 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene un sensor de pH y un electrodo de referencia interna, según una realización de la presente invención.

La Fig 26 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene una capa ópticamente transmisora, según una realización de la presente invención.

La Fig 27 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene un capa ópticamente transmisora, según una realización de la presente invención.

La Fig 28 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene vías ópticas, según una realización de la presente invención.

La Fig 29 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene vías ópticas y una capa ópticamente transmisora, según una realización de la presente invención.

La Fig 30 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene una fibra óptica en el mismo, según una realización de la presente invención.

La Fig 31 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene una ruta ópticamente transmisora, horizontal y vertical, según una realización de la presente invención.

La Fig 32 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene un sistema de bombeo eletro- osmótico, según una realización de la presente invención.

La Fig 33 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene un sistema de bombeo hidrodinámico, según una realización de la presente invención.

La Fig 34 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene un sistema de bombeo piezoeléctrico, según una realización de la presente invención.

La Fig 35 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene un sistema de bombeo piezoeléctrico, según una realización de la presente invención.

La Fig 36 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene electroimanes integrados, según una realización de la presente invención.

La Fig 37 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene electroimanes integrados, según una realización de la presente invención.

La Fig 38 constituye una representación esquemática transversal de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene electroimanes integrados que controlan una barra de agitación magnética, según una realización de la presente invención.

La Fig 39 constituye una representación esquemática de una vista superior de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene electroimanes integrados que controlan una barra de agitación magnética, según una realización de la presente invención.

La Fig 40 constituye una representación esquemática de una vista superior de una capa de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene una interrupción capilar, según una realización de la presente invención.

La Fig 41 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene una región hidrófoba en un camino de paso de fluido, según una realización de la presente invención.

La Fig 42 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene un par de regiones hidrófobas en un camino de paso de fluido, según una realización de la presente invención.

La Fig 43 constituye una representación esquemática de parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que tiene una región hidrófoba en un camino de paso de fluido vertical, según una realización de la presente invención.

La Fig 44 constituye una representación esquemática de los pasos para la preparación de una región hidrófoba en un camino de paso de fluido vertical de la Fig. 43, según una realización de la presente invención.

Descripción detallada de la invención

Un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, según la presente invención, se prepara a partir de capas de hojas verdes que han sido laminadas y sinterizadas conjuntamente, para formar una estructura sustancialmente monolítica. La hoja verde es un material compuesto que incluye partículas inorgánicas de vidrio, vidrio- cerámica, cerámica o mezclas de los mismos, dispersadas en un aglomerante polimérico y puede también incluir aditivos tales como plastificantes y dispersantes. La hoja verde se utiliza habitualmente en forma de hojas que tienen un grosor de entre 50 y 250 micras. Las partículas de cerámica son habitualmente óxido metálicos, tales como óxido de aluminio u óxido de zirconio. Un ejemplo de hoja verde que incluye partículas de vidrio- cerámica lo constituye el ``AX951'', que es comercializado por E.I. Du Pont de Nemours and Company. Un ejemplo de hoja verde que incluye partículas de óxido de aluminio es el producto ``Ferro Alumina'', comercializado por Ferro Corp. La composición de hoja verde puede ser también formulada según necesidades del cliente, con vistas a satisfacer necesidades particulares de aplicación.

Las capas de hoja verde son laminadas conjuntamente y después cocidas para formar una estructura sustancialmente monolítica. El procedimiento de fabricación y las aplicaciones de las hojas verdes de cerámica se describen de manera general en Richard E. Mistler, ``Tape Casting: The Basic Process for Meeting the Needs of the Electronics Industry'', Ceramic Bulletin, vol 69, no. 6, pp. 1022-26 (1990) y en el documento patente US Nº. 3.991.029, los cuales se incorporan a la presente memoria a título de referencia.

En la Figura 1 se muestra una vista transversal de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples representativo 10. El dispositivo para microfluidos de capas múltiples 10 se prepara a partir de capas de hoja verde 12-22, que han sido laminadas y sinterizadas conjuntamente para formar una estructura sustancialmente monolítica. El dispositivo 10 incluye una cavidad 24 que está conectada a un primer canal 26 y a un segundo canal 28. El primer canal 26 está también conectado a una primera vía 30 la cual, a su vez, está conectada a una segunda vía 32 que define un primer puerto de fluido 34. El segundo canal 28 está conectado a una tercera vía 36, la cual define un segundo puerto de fluido 38. De este modo, la cavidad 24 se encuentra en comunicación de fluido con los puertos de fluido 34 y 38. Más particularmente, las vías 32 y 30, el primer canal 26, la cavidad 24, el segundo canal 28 y la vía 36 definen conjuntamente un camino de paso de fluido que interconecta los puertos de fluido 34 y 38. En esta configuración, los puertos de fluido 34 y 38 podrían ser utilizados como puertos de entrada o de salida de fluidos, para añadir reactivos o para eliminar productos, proporcionando la cavidad 24 un lugar para las reacciones.

Las Figuras 1A-1F constituyen vistas planares de cada una de las capas 12-22, de manera individual, para mostrar que partes podrían formarse en cada una de las capas 12-22 antes de la laminación, para proporcionar el camino de paso de fluido mencionada anteriormente. Tal como se muestra en la Figura 1A, la capa 12 tiene la vía 32 y la vía 36. Tal como se muestra en la Figura 1B, la capa 14 tiene la vía 30 y tiene una parte de la cavidad 24 conectada al canal 28. Tal como se muestra en la Figura 1C, la capa 16 tiene una parte de la cavidad 24 conectada al canal 26. Tal como se muestra en la Figura 1D, la capa 18 tiene una parte de la cavidad 24. Las capas 20 y 22, mostradas en las Figuras 1E y 1F, respectivamente, no tienen las citadas estructuras.

El procedimiento de fabricación de dispositivos para microfluidos de capas múltiples de la presente invención se inicia con la disposición de capas de hoja verde que tienen, preferiblemente, un grosor de entre 50 y 250 micras. Las capas de hoja verde son cortadas según el tamaño deseado, habitualmente 6 x 6 pulgadas, para el procesado convencional. Cada una de las capas de hoja verde puede ser texturizada utilizando diversas técnicas para obtener las estructuras deseadas, tales como vías, canales o cavidades, en la estructura de capas múltiples finalizada.

Tal como se utiliza en el presente documento, el término ``vía'' se refiere a un agujero formado en una capa de hoja verde. Las vías habituales tienen un diámetro que oscila entre 100 y 500 micras. En pasos subsiguientes, las vías pueden ser rellenadas con otros materiales, tales como pastas de película gruesa.

Tal como se utiliza en el presente documento, el término ``canal'' se refiere a una región abierta dentro de una estructura de capas múltiples, la cual tiene una longitud superior a su diámetro. Los canales típicos presentan diámetros que oscilan entre por debajo de las 100 micras y hasta 500 micras. En los dispositivos para microfluidos de la presente invención, los canales se utilizan habitualmente para transferir materiales fluidos. Los canales pueden también ser identificados como ``capilares'' o ``conductos''.

Tal como se utiliza en el presente documento, el término ``cavidad'' se refiere a un agujero o área abierta en el dispositivo para microfluidos. Las cavidades se utilizan habitualmente para contener, mezclar, reaccionar o transferir materiales fluidos. Habitualmente, las cavidades se encuentran conectadas a un canal o a una vía para proporcionar entrada o salida de material y, en tales casos, la cavidad presenta dimensiones superiores a las del canal o vía. A las ``cavidades'' se las puede también identificar como ``pozos''.

Para texturizar una capa de hojas verdes pueden utilizarse diversas técnicas. Por ejemplo, partes de una capa de hoja verde pueden ser perforadas para formar vías o canales. Esta operación puede ser lograda utilizando perforadores de cerámica de capas múltiples convencionales, tales como los de Pacific Trinetics Corp., Model APS-8718 Automated Punch System. En vez de perforar parte del material, pueden gravarse elementos tales como canales y pozos en la superficie de la hoja verde, presionando la hoja verde contra una placa grabadora que tiene una imagen negativa de la estructura deseada. La texturización puede también ser lograda por medio de labrado con láser, con un sistema de vías por láser, tal como el de Pacific Trinetics LVS-3012.

Seguidamente, pueden aplicarse una amplia diversidad de materiales, preferiblemente en forma de pastas de película gruesa, a cada una de las capas de hoja verde texturizadas. Por ejemplo, pueden conseguirse rutas conductoras de la electricidad mediante el depósito de pastas de película gruesa que contienen metal sobre las capas de hoja verde. Las pastas de hoja verde incluyen habitualmente el material deseado, el cual puede ser un metal o un material dieléctrico, en forma de polvo disperso en un vehículo orgánico y las pastas se han diseñado para disponer de la viscosidad adecuada para la técnica de deposición que se desee utilizar, tal como la impresión por serigrafía. El vehículo orgánico puede incluir resinas, disolventes, tensioactivos y agentes para el control del flujo. La pasta de película gruesa puede también incluir una pequeña cantidad de un flujo, tal como una frita de vidrio, para facilitar la sinterización. La tecnología de película gruesa se describe con más detalle en J.D. Provance, ``Performance Review of Thick Film Materials'' Insulation/Circuits (April, 1977) y en Morton L. Topfer, Thick Film Microelectronics, Fabrication, Design and Applications (1997), pp. 41-59.

La porosidad de la película gruesa resultante puede ser ajustada mediante el ajuste de la cantidad de vehículo orgánico presente en la pasta de la película gruesa. De manera específica, la porosidad de la película gruesa puede ser incrementada mediante el incremento en el porcentaje de vehículo orgánico en la pasta de película gruesa. De manera similar, la porosidad de la capa de hoja verde puede ser incrementada mediante el incremento de la proporción de aglomerante orgánico. Otra manera de incrementar la porosidad en películas gruesas y en capas de hojas verdes, consiste en dispersar dentro del vehículo orgánico, o del aglomerante orgánico, otra fase orgánica que no sea soluble en el vehículo orgánico. Para el citado propósito pueden utilizarse, de manera ventajosa, microesferas poliméricas.

Para añadir rutas conductoras de la electricidad las pastas de película gruesa incluyen habitualmente partículas metálicas, tales como plata, platino, paladio, oro, cobre, tungsteno, níquel, estaño o aleaciones de los mismos. Las pastas de plata resultan preferidas. Constituyen ejemplos adecuados de pastas de plata las composiciones conductoras de plata de números 7025 y 7713, vendidas por E.I. Du Pont de Nemours and Company.

Las pastas de película gruesa son aplicadas preferiblemente a una capa de hojas verdes a través de impresión mediante serigrafía. En el proceso de impresión mediante serigrafía la pasta de película gruesa es obligada a pasar a través de un patrón de gravado con estarcido, con la finalidad de que sea depositada sobre la capa de hojas verdes, bajo el correspondiente patrón. Habitualmente, el gravado con estarcido es creado de manera fotográfica, a través de la exposición a un estarcido.

De este modo, las trazas conductoras pueden ser aplicadas a una superficie de una capa de hojas verdes. Adicionalmente, las vías presentes en la capa de hojas verdes pueden ser rellenadas con la pasta conductora de película gruesa, con vistas a proporcionar conexiones eléctricas entre capas.

En determinadas aplicaciones resulta también deseable añadir revestimientos de vidrio a las superficies de las hojas verdes. Por ejemplo, los revestimientos de vidrio proporcionan paredes suaves en caminos de paso de fluido, obteniéndose como resultado un flujo de fluido mejorado y una reducción en los problemas de contaminación. Los revestimientos de vidrio pueden ser también utilizados como barreras entre el fluido y los materiales de hoja verde que pueden resultar reactivos, o de algún modo incompatibles, con el fluido.

Una de las vías de adición de revestimiento de vidrio es a través de impresión por serigrafiado de una pasta de película gruesa que contiene partículas de vidrio sobre la superficie de una capa de hojas verdes. Finalizada la etapa de laminación, la pasta de película gruesa es entonces cocida conjuntamente con las capas de hojas verdes, para formar un revestimiento de vidrio suave, sinterizado con la superficie de la capa de hojas verdes.

Otra manera para lograr un revestimiento de vidrio es a través de la utilización de una capa de hojas verdes de vidrio-cerámica y sinterizarla de una manera más agresiva que la habitual, por ejemplo, utilizando un incremento de temperatura más rápido durante el paso de sinterización, una temperatura final de sinterización más elevada y un período de sinterización más largo. En particular, la viscosidad de la fase vítrea disminuye rápidamente cuando la temperatura se incrementa por encima del punto de ablandamiento del vidrio. Por consiguiente, una sinterización agresiva tenderá a conducir la fase vítrea desde el interior de la capa de hojas verdes hacia su superficie, antes de que se observe una cristalización aceptable con la fase cerámica. De este modo, se forma un revestimiento de vidrio sobre la superficie de la capa de hojas verdes. Entre los sistemas vidrio-cerámica adecuados se incluye la cinta dieléctrica T2000, vendida por Motorola, Inc. Y las composiciones de vidrio-cerámica descritas en el documento de patente US Nº. 5.821.181.

Por ejemplo, los parámetros de sinterización estándar para la cinta dieléctrica Motorola T2000 requieren un incremento de temperatura de aproximadamente 5ºC por minuto, hasta alcanzar una temperatura de sinterización final de aproximadamente 875ºC, la cual es entonces mantenida por espacio de 30 minutos. No obstante, para alcanzar un revestimiento de vidrio, la temperatura puede ser modificada de tal forma que se incremente a razón de aproximadamente 7ºC por minuto o, de manera alternativa, la temperatura final de sinterización puede ser incrementada hasta aproximadamente los 925ºC.

Por supuesto, otra vía para lograr obtener paredes suaves para los caminos de paso del fluido, consiste en utilizar capas de hojas verdes de vidrio.

Con vistas a proporcionar las diferentes funcionalidades, muchos otros materiales pueden ser también añadidos a cada una de las capas de hojas verdes. Por ejemplo, para disponer de ventanas ópticas pueden añadirse materiales ópticos. Materiales piezoléctricos pueden ser añadidos para proporcionar elementos piezoeléctricos. Materiales termoeléctricos pueden ser añadidos para proporcionar elementos termoeléctricos. Materiales de elevada permeabilidad magnética, tales como ferritas, pueden ser añadidos para proporcionar núcleos para electroimanes. Los materiales de hojas verdes presentan un elevado grado de flexibilidad para acoger la adición de materiales desiguales. Para tener la seguridad de que la totalidad de los materiales son colocados de manera fiable en el dispositivo terminado, resulta preferido el que los materiales añadidos a las capas de hojas verdes sean capaces de cocerse conjuntamente con el material de hojas verdes, tal como se ha descrito anteriormente.

Una vez formadas las estructuras deseadas en cada una de las capas de hojas verdes, se le aplica un adhesivo a la primera superficie de una primera capa de hojas verdes. Preferiblemente, el adhesivo es un adhesivo de temperatura ambiente. Los citados adhesivos de temperatura ambiente detestan las temperaturas de transición de vidrio por debajo de la temperatura ambiente, a saber, por debajo de aproximadamente 20ºC, por lo que los mismos pueden unirse a sustratos conjuntamente a temperatura ambiente, Además, más que sufrir un cambio químico o que reaccionar químicamente o de disolver componentes de los sustratos, los citados adhesivos de temperatura ambiente se unen a sustratos conjuntamente a través de la penetración en las superficies de los mismos. A veces, a los citados adhesivos de temperatura ambiente se les identifica como ``adhesivos sensibles a la presión''. Los adhesivos de temperatura ambiente adecuados son suministrados habitualmente en forma de emulsiones de base acuosa y pueden ser adquiridos en Rohm and Haas, Inc. y en Air Products Inc. Por ejemplo, se ha averiguado que funciona bien un material vendido por Air Products como ``Flexcryl 1653''.

El adhesivo de temperatura ambiente puede ser aplicado a las hojas verdes a través de técnicas de revestimiento convencionales. Para facilitar el revestimiento, resulta a menudo deseable diluir en agua el adhesivo sensible a la presión suministrado, en función de cual sea la técnica de revestimiento utilizada y de la viscosidad y de la carga en elementos sólidos del material de partida. Después del revestimiento, el adhesivo de temperatura ambiente es dejado secar. El grosor de la película secada de adhesivo de temperatura ambiente está preferiblemente comprendido entre 1 y 10 micras, y el grosor debería ser uniforme sobre la superficie endurecida de la hoja verde. Los grosores de película superiores a las 15 micras no son deseables. Con las citadas películas gruesas de adhesivo puede producirse vaciados o deslaminación durante la cocción, debido a la gran cantidad de material orgánico que tiene que ser eliminado. Las películas que tienen un grosor por debajo de las 0,5 micras, una vez secas son demasiado delgadas, porque las mismas proporcionan insuficiente adherencia entre las capas.

De entre las técnicas de revestimiento convencionales, el revestimiento por rotación y el rociado son los procedimientos preferidos. Resulta preferible añadir 1 gramo de agua desionizada por cada 10 gramos de ``Fexcryl 1653''. Si se utiliza el rociado, resulta preferible un nivel de dilución más elevado, para facilitar la facilidad de rociado. De manera adicional, cuando se utiliza en el rociado adhesivo de temperatura ambiente, resulta preferible mantener la hoja verde a una temperatura elevada, por ejemplo a entre 60 y 70ºC, a los efectos de que el material se seque casi instantáneamente a medida que va siendo depositado sobre la hoja verde. El secado instantáneo da como resultado una película de adhesivo más uniforme y homogénea.

Una vez que el adhesivo de temperatura ambiente ha sido aplicado a las capas de hoja verde, las capas se superponen conjuntamente para formar una estructura de hoja verde de capas múltiples. Preferiblemente, las capas son superpuestas en una matriz de alineación, con vistas a mantener el deseado registro entre las estructuras de cada una de las capas. Cuando se utiliza una matriz de alineación, deben añadirse agujeros de alineación a cada una de las capas de hoja verde.

Habitualmente, el procedimiento de superposición por si solo resulta insuficiente para unir las capas de hoja verde conjuntamente, cuando se utiliza un adhesivo de temperatura ambiente. En otras palabras, no se requiere presión o, en su caso, una presión pequeña, cuando se utiliza un adhesivo de temperatura ambiente para unir las capas conjuntamente. No obstante, con vistas a efectuar una unión más segura de las capas, las mismas son preferiblemente laminadas conjuntamente, una vez han sido superpuestas.

El procedimiento de laminación conlleva la aplicación de presión a las capas superpuestas.

Las presiones por debajo de 2500 psi proporcionan un buen control sobre las dimensiones de estructuras tales como cavidades y canales internos o externos. Incluso presiones más bajas resultan más deseables para permitir la formación de estructuras más grandes, tales como cavidades y canales. Por ejemplo, si se utiliza una presión de laminación de 2500 psi, el tamaño de las cavidades y canales internos bien formados está típicamente limitado a no más de aproximadamente 20 micras. Por consiguiente, resultan más preferidas las presiones por debajo de 1000 psi, dado que las citadas presiones permiten generalmente que se formen estructuras que tienen tamaños mayores que aproximadamente 100 micras, con alguna medida de control dimensional. Las presiones por debajo de los 300 psi resultan incluso más preferidas, dado que las citadas presiones permiten habitualmente la formación de estructuras con tamaños superiores a las 250 micras, con algún grado de control dimensional. Las presiones inferiores 100 psi, denominadas en el presente documento como ``presiones casi cero'', son muy preferidas, debido a que con tales presiones, existen pocos límites en lo que concierne al tamaño de las cavidades y canales internos y externos que pueden formarse en la estructura de capas múltiples.

La presión es aplicada preferiblemente en el proceso de laminación, por medio de una prensa monoaxial. De manera alternativa, pueden aplicarse a mano presiones por debajo de aproximadamente 100 psi.

Al igual que con la fabricación de dispositivos semiconductores, sobre cada una de las hojas pueden encontrarse presentes muchos dispositivos. Por consiguiente, después de la laminación, la estructura de capas múltiples puede ser fragmentada utilizando aparatos de fragmentación o de serrado de hoja verde convencionales para separar los dispositivos individuales. El elevado nivel de resistencia a la exfoliación y al desplazamiento proporcionado por el adhesivo a temperatura ambiente da como resultado una muy débil deslaminación del borde durante el proceso de fragmentación. Si algunas capas se separasen alrededor de los bordes después de la fragmentación, las mismas pueden ser fácilmente relaminadas aplicando presión manual a los bordes afectados, sin afectar al resto del dispositivo de manera negativa.

El paso de procesado final consiste en la cocción para convertir la estructura de hoja verde de capas múltiples, desde el estado ``verde'' hasta la forma de estructura de capas múltiples finalizada, sustancialmente monolítica. El proceso de cocción tiene lugar en dos importantes etapas, a medida que se incrementa la temperatura. La primera de las fases consiste en la desaparición del aglomerante por consumición y se desarrolla a una banda de temperaturas comprendida entre 250 y 500ºC, durante la cual, los restantes materiales orgánicos, tales como el aglomerante en las capas de hojas verdes y los componentes orgánicos en cualquiera de las pastas de película gruesa aplicadas, son eliminados de la estructura.

En la siguiente etapa importante, la etapa de sinterización, la cual se desarrolla a temperatura más elevada, las partículas inorgánicas se sinterizan conjuntamente por lo que la estructura de capas múltiples se densifica y se convierte en sustancialmente monolítica. La temperatura de sinterización utilizada depende de la naturaleza de las partículas inorgánicas presentes en la hoja verde. Para muchos tipos de cerámicas, las temperaturas de sinterización adecuadas oscilan entre aproximadamente 950 y 1600ºC, en función del tipo de material. Por ejemplo, para hoja verde que contiene óxido de aluminio, resultan habituales temperaturas de sinterización comprendidas entre 1400 y 1600ºC. Otros materiales de tipo cerámica, tales como el nitruro de silicio, el nitruro de aluminio y el carburo de silicio, requieren temperaturas de sinterización más elevadas, a saber, entre 1700 y 2200ºC. Para hoja verde con partículas de vidrio-cerámica, resulta habitual una temperatura de sinterización de entre 750 y 950ºC. Las partículas de vidrio requieren generalmente temperaturas de sinterización comprendidas en la banda de tan solo aproximadamente 350 y 700ºC. Finalmente, las partículas metálicas pueden requerir temperaturas de sinterización encuadradas en alguna zona entre 550 y 1700ºC, en función del tipo de metal.

Habitualmente, los dispositivos son sometidos a cocción durante un período de tiempo comprendido entre aproximadamente 4 y 12 horas, o más, en función del tipo de material utilizado. Por regla general, el proceso de cocción debería ser de la suficiente duración como para eliminar los materiales orgánicos de la estructura y sinterizar completamente las partículas inorgánicas. En particular, los polímeros se encuentran presentes en calidad de aglomerantes en la capa verde y en el adhesivo de temperatura ambiente. El proceso de cocción debería ser efectuado a la temperatura y durante el período de tiempo que resulte suficiente, para lograr la descomposición de estos polímeros y para permitir su eliminación desde la estructura de capas múltiples.

Habitualmente, la estructura de capas múltiples sufre una reducción en el volumen durante el proceso de cocción. Durante la fase de consumición del aglomerante, se observa habitualmente una reducción de pequeño volumen de entre aproximadamente entre el 0,5 y el 1,5%. A temperaturas más elevadas, durante la fase de sinterización, se observa habitualmente una nueva reducción de volumen de entre aproximadamente el 14 y el 17%.

Tal como se ha indicado anteriormente, de manera preferible, cualesquiera de los materiales desiguales añadidos a las capas de hojas verdes son cocidos conjuntamente con las mismas. Los citados materiales desiguales podrían ser añadidos como pastas de película gruesa o como otras capas de hoja verde. El beneficio de la cocción conjunta reside en el hecho de que los materiales añadidos son sinterizados con las capas de hoja verde y pasan a formar parte integral del dispositivo para microfluidos sustancialmente monolítico. No obstante, para poder ser cocidos conjuntamente, los materiales añadidos deben tener temperaturas de sinterización y cambios de volumen debidos a la cocción que estén en consonancia con los de las capas de hoja verde. Las temperaturas de sinterización son, en gran manera, dependientes de los materiales, por lo que la concordancia de las temperaturas de sinterización requiere simplemente una adecuada selección de los materiales. Por ejemplo, aunque la plata sea el metal preferido a la hora de proporcionar rutas de conductividad eléctrica, si las capas de hoja verde contienen partículas de alúmina, las cuales requieren una temperatura de sinterización comprendida entre aproximadamente 1400 y 1600ºC, pueden utilizarse algunos otros materiales, tales como platino, debido al relativamente bajo punto de fusión de la plata (961ºC).

Por otro lado, el cambio de volumen debido al proceso de cocción puede ser controlado. En particular, para satisfacer los cambios de volúmenes en dos materiales, tales como la hoja verde y la pasta de película gruesa, deberían armonizarse : (1) los tamaños de las partículas; y (2) el porcentaje de componentes orgánicos, tales como aglomerantes, que son eliminados durante la fase de cocción. De manera adicional, los cambios de volumen no precisan ser armonizados de una manera exacta, si bien cualquier tipo de desarmonización se traducirá en tensiones internas en el dispositivo. Pero el procesado simétrico, la colocación de materiales o de estructuras idénticas sobre lados opuestos del dispositivo puede, hasta cierto punto, compensar la contracción de los materiales desarmonizados.

Un grado de desarmonización demasiado elevado, ya sea en las temperaturas de sinterización o en los cambios de volumen, puede dar como resultado defectos o fallos de todo o parte del dispositivo. Por ejemplo, el dispositivo puede separarse en sus capas individuales o puede torcerse o distorsionarse.

La Figura 2 resume los pasos mencionados anteriormente, ilustrando de manera esquemática secciones transversales de capas típicas que serían utilizadas para formar un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, según la presente invención. Se proporciona una primera capa 50 de hojas verdes, con un tamaño adecuado para nuevo procesado. Un adhesivo de temperatura ambiente 52 es aplicado a una superficie de hoja verde 50. La primera capa de hoja verde 50 es entonces superpuesta a una segunda capa de hoja verde 54, la cual ha sido ya moldeada con un canal interno 56 y una cavidad interna 88. Estas capas son posteriormente superpuestas con dos capas más de hoja verde 60 y 62, con capas asociadas de adhesivo de temperatura ambiente 64 y 66, para formar la estructura 68 de hojas verdes de capas múltiples completa. La estructura de hojas verdes de capas múltiples 68 es después laminada, tal como se ha descrito anteriormente, e inflamada para formar la estructura final sustancialmente monolítica 70.

El uso de presiones casi cero, a saber, de presiones situadas por debajo de 100 psi, para laminación resulta preferido, dado que ello permite el que la integridad de las estructuras internas pueda mantenerse, permitiendo que el canal interno 56 y la cavidad interna 58, formados en la capa de hoja verde 54, permanezcan como un canal interno 72 y una cavidad interna 74, respectivamente, en la estructura final 70 sustancialmente monolítica. No obstante, podrían también utilizarse otros procedimientos de laminación, incluyendo los procedimientos de laminación a elevada presión, a pesar de que con menor control sobre las dimensiones de las estructuras internas.

El tamaño de la estructura final 70 sustancialmente monolítica es mostrado más pequeño en la Figura 2 que el tamaño de la estructura 68 de hoja verde de capas múltiples, para reflejar la reducción de volumen que tiene lugar durante la cocción.

Según la presente invención, no cada capa de la estructura de capas múltiples final necesita ser laminada a presión casi cero. Las capas que no contienen estructuras o materiales que saldrían perjudicados o deformados por las altas presiones pueden ser laminados de manera convencional, y esta estructura resultante puede ser entonces laminada a otras capas de hojas verdes utilizando la técnica de laminación a presión casi cero.

Un ejemplo del citado procedimiento es mostrado de manera esquemática en la Figura 3. Una estructura 80, obtenida a partir de un procedimiento de laminación convencional, una estructura 81, formada a partir de la utilización del procedimiento de laminación a presión casi cero y una estructura 82, formada utilizando un procedimiento de laminación convencional, tienen que ser laminadas conjuntamente. La estructura 80 comprende las capas 83,84 y 85, donde la capa 85 incluye una vía 86. La estructura 80 puede ser formada a partir de cualquier procedimiento convencional de laminación que permita que las vías externas puedan ser conservadas. La estructura 81 comprende las capas 87 y 88 y se formó utilizando el procedimiento de laminación de presión casi cero de la presente invención. A su vez, la capa 87 incluye las vías 89, 90 y 91 y un canal 92. La estructura 82 comprende las capas 93-96 y se formó utilizando un procedimiento de laminación convencional a presión elevada. Para formar una estructura de capas múltiples 97, las estructuras 80,81 y 82 son laminadas conjuntamente, utilizando el procedimiento de laminación de presión casi cero de la presente invención, a saber, aplicando una capa (no mostrada) de adhesivo de temperatura ambiente para unir las estructuras 80 y 81 y otra capa (no mostrada) de adhesivo de temperatura ambiente para unir la estructura 81 a la estructura 82.

Se ha averiguado que la selección propia del polímero en el adhesivo facilita la deseada presión casi cero del proceso de laminación. En particular, si el polímero utilizado en el adhesivo se descompone a una temperatura más elevada que la del aglomerante polimérico presente en las capas de hoja verde, en ese caso, la capa de adhesivo favorecerá la estabilidad de las interfaces durante el proceso de cocción y favorecerá distancias interfaciales más cortas entre las partículas inorgánicas de las capas de hoja verde, una vez completado el consumo del aglomerante. Las reducidas distancias inter-partícula facilitan la sinterización exenta de vacíos dentro de las regiones interfaciales de la cinta de la estructura de capas múltiples.

Preferiblemente, el polímero en el adhesivo debería tener un inicio de descomposición térmica y un destacado perfil de descomposición a una temperatura entre aproximadamente 25 y 100ºC más elevada que la del aglomerante del polímero en las capas de hoja verde. Esto puede ser conseguido mediante la utilización de un polímero adhesivo que sea diferente del aglomerante polimérico. Más particularmente, se ha averiguado que una manera de lograr la deseada diferencia en el perfil de descomposición térmica consiste en la elección de un polímero adhesivo que sufra descomposición térmica por escisión aleatoria, más que por apertura. El procedimiento de apertura, al cual se identifica también como ``despolimerización en cadena'' o ``despropagación'' consiste en la liberación sucesiva de unidades de monómero procedentes de la terminación de una cadena o de enlace débil. El proceso de escisión aleatoria, identificado también como ``degradación aleatoria'', tiene lugar como consecuencia de la rotura de la cadena en puntos aleatorios a lo largo de la misma.

Los polímeros que sufren escisión aleatoria presentan generalmente un perfil de descomposición térmica que se extiende el relación con el de los polímeros que se descomponen por apertura. A menudo, la temperatura de semi-descomposición, a saber, la temperatura a la cual la pérdida de peso durante la pirólisis, a una velocidad constante de incremento de temperatura, alcanza el 50% de su valor final y la temperatura de máxima velocidad de descomposición son ambas entre 25 y 100ºC más elevadas que la de los polímeros que sufren escisión aleatoria, en comparación con la de los polímeros que sufren apertura. Además, el aglomerante de polímero de muchos tipos de hoja verde es, predominantemente, un polímero acrílico, un copolímero acrílico o una mezcla de polímeros y de copolímeros acrílicos, la totalidad de los cuales se descomponen mediante activación. Por consiguiente, la elección de un adhesivo con un polímero de escisión aleatoria tenderá a reforzar en gran manera el enlace interfacial durante el procedimiento de cocción. Entre los citados polímeros de escisión aleatoria se incluyen polímeros y copolímeros que tienen un grupo etileno como cadena principal, tal como acetato de vinilo-etileno o copolímero acrílico etileno-vinilo.

La Figura 4 compara la descomposición térmica de un copolímero acrílico etileno- vinilo (designado ``copolímero PSA vinil-acrílico''), el cual sufre escisión aleatoria, con un aglomerante acrílico utilizado en hoja verde (designado como ``aglomerante acrílico B60a''), el cual sufre apertura, según medición efectuada por termogravimetría (las curvas designadas ``TGA'') y por calorimetría de exploración diferencial (las curvas designadas ``DSC''). Tal como resulta evidente a partir de la Figura 4, en la banda de temperaturas que va de los 350 a los 400ºC el aglomerante acrílico sufre una descomposición y eliminación rápidas, mientras que el polímero adhesivo de temperatura ambiente se descompone de una manera más gradual. De hecho, en este ejemplo, a 375ºC permanece menos del 10% del aglomerante acrílico, mientras que sí permanece más del 60% del polímero adhesivo. Por consiguiente, en esta banda de temperaturas, el adhesivo de temperatura ambiente mantendrá un enlace fuerte entre las capas, mientras que el aglomerante dentro de las capas de hoja verde es consumido en su totalidad.

Entre los dispositivos para microfluidos de capas múltiples de utilidad se incluirían normalmente, además de un camino para fluido, componentes que permiten la interacción con el fluido. Los citados componentes caen dentro de tres amplias clases. (1) componentes que facilitan cambios físicos, químicos o biológicos en el fluido; (2) componentes que permiten la detección de diversas características del fluido y (3) componentes que controlan el movimiento del fluido.

Cada una de estas clases de componentes será discutida por turnos, incluyendo como pueden ser realizados en un dispositivo para microfluidos de capas múltiples formado a partir de capas de hoja verde. Con cada uno de los componentes resulta preferible que los mismos sean fabricados como formando parte de los pasos de procesado mencionados anteriormente, con vistas a facilitar una producción en masa eficaz y rentable. Resulta también preferido que los citados componentes sean cocidos conjuntamente y sinterizados con las capas de hojas verdes, con vistas a pasar a formar parte de la estructura sustancialmente monolítica del dispositivo finalizado.

Entre los componentes que provocan cambios físicos o químicos en el fluido se incluyen componentes que modifican la temperatura del fluido. El componente más simple para modificar la temperatura del fluido es un calentador.

En la Figura 5 se muestra un dispositivo para microfluidos de capas múltiples 100, según la presente invención, que incluye un calentador planar 102. El dispositivo para microfluidos de capas múltiples 100 está compuesto de las capas 104-114. En la capa 132 se forma una cavidad 116. La cavidad 116 se encuentra en comunicación de fluido con el exterior por medio de las vías 118, 120 y 122, las cuales se forman en las capas 104, 106 y 108, respectivamente. La cavidad 116 se encuentra también en comunicación de fluido con el exterior, por medio de las vías 124, 126 y 128, formadas en las capas 104, 106 y 108, respectivamente. Tal como se muestra en la vista transversal, en la Figura 5, y en la vista plana en la Figura 5A, se forma un calentador 102 por medio de trazas de serpentina de material conductor depositado sobre la superficie de la capa 114 y que tiene terminales 130 y 132. Las vías 134-132 se forman en las capas 104-112, respectivamente, y son rellenadas de un material conductor para proporcionar una ruta de conductividad eléctrica entre la terminal 130 y el exterior del dispositivo 100. De manera similar, las vías 144- 152 se forman en las capas 104-112, respectivamente, y son rellenadas con un material conductor para proporcionar una ruta de conductividad eléctrica entre la terminal 132 y el exterior del dispositivo 100. Componentes externos (no mostrados) pueden provocar contacto eléctrico con las vías 134 y 144. En esta configuración, puede ser aplicada una corriente eléctrica al calentador 102, a los efectos de que puede ser utilizado para calentar fluido en la cavidad 116. Si bien el calentador 102 está preferiblemente separado de la cavidad 116 por medio de la capa 112, tal como se muestra en la Figura 5, el calentador 102 podría ser también colocado sobre la superficie más elevada de la capa 112, con vistas a que esté en contacto directo con el fluido de la cavidad 116.

Un calentador incorporado en un dispositivo para microfluidos de capas múltiples puede también adoptar la forma de serpentín, ya sea en orientación horizontal o en orientación vertical. En la Figura 6 se muestra parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples 200, el cual tiene un serpentín vertical 202 enrollado alrededor de una cavidad 204. El dispositivo 200 está compuesto de las capas 206-216. Con relación a la Figura 6 y a la Figura 6A, la cual muestra una vista en perspectiva del serpentín 202 aislado, el serpentín 202 comprende seis piezas en forma de ala 218-228, las cuales son trazas de material conductor depositado sobre las capas 206-216, respectivamente, unidas conjuntamente a través de cinco vías rellenadas de material conductor 230-238 en las capas 208-216, respectivamente.

En la Figura 7 se muestra una parte del dispositivo para microfluidos de capas múltiples 250 que tiene un serpentín 252 enrollado alrededor de un canal 254. El dispositivo 250 está compuesto de las capas 256-264. En relación con la Figura 7, y con la Figura 7A, la cual muestra una visión en perspectiva del serpentín 252 aislado, el serpentín 252 incluye seis elementos 268-278, cada uno de los cuales contiene vías rellenas de material conductor superpuestas, formadas en las capas 258-262. Los elementos verticales 268-278 se encuentran interconectados por medio de tres elementos 280-284 horizontales inferiores y por tres elementos horizontales superiores 286-290, dispuestos formando un contrafuerte angular a partir de los elementos inferiores 266-270. Los elementos inferiores 280-284 son trazas de material conductor depositadas sobre la capa 256 y los elementos superiores 286-290 son trazas de material conductor depositadas sobre la capa 262. La corriente eléctrica se dirige al serpentín 252 por medio de un avance 292, conectado al elemento horizontal 268 y a un avance 294, conectado al elemento horizontal 290. Los avances 292 y 294 son trazas de material conductor depositadas sobre la capa 262.

Si el calentador es plano, como el calentador 102, en la forma del serpentín, tal como en el serpentín 202 y 252, para que el elemento funcione correctamente como calentador el mismo debería tener una resistencia mucho más elevada que la de la ruta de conducción eléctrica que conduce al mismo. Los conductores que componen el calentador tienen un diámetro de entre preferiblemente aproximadamente 5 a 8 mils (0,127 a 0,2032 milímetros), mientras que los conductores que conducen al calentador tienen una anchura de entre preferiblemente aproximadamente 20 y 30 mils (0,508 y 0,762 milímetros).

Utilizando componentes adicionales se logra un control más flexible de la temperatura del fluido. Por ejemplo, en la Figura 8 se muestra una parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples 300, según la presente invención, el cual incluye un serpentín calentador vertical 302 enrollado próximo a una cavidad 304, así como un elemento refrigerante termoeléctrico 306. El elemento refrigerador termoeléctrico 306 incluye un elemento termoeléctrico 308, sinterizado en una de las capas próximas a la cavidad 304, y un par de avances 310 y 312, compuestos por trazas conductoras depositadas sobre las capas y vías rellenas de conductor.

La provisión de tanto el calentador 302 como el elemento refrigerador 306 permite un mucho mejor control sobre la temperatura del fluido en la cavidad 304. por ejemplo, la capacidad de tanto enfriar como de calentar el fluido en la cavidad 304 permite el que diferentes pasos del procedimiento, que exigen diferentes temperaturas, se lleven a cabo en la cavidad 304. En particular, el elemento refrigerador termoeléctrico 306 puede ser utilizado para enfriar la cavidad 304 más rápidamente, una vez apagado el calentador 302. Como otro ejemplo, el calentador 302 y el elemento refrigerador 306 pueden ser utilizados conjuntamente, junto con un dispositivo (no mostrado) para la medición de la temperatura, con vistas a mantener de una manera dinámica la temperatura de la cavidad 304 a un nivel fijado.

La Figura 9 muestra la estructura de un elemento termoeléctrico preferido con más detalle. Se prepara un dispositivo para microfluidos de capas múltiples 320 con las capas de hojas verdes 322-340. En la capa 324 se forman un par de cavidades 342 y 344. Un par de difusores térmicos 346 y 348 se preparan sobre la parte más elevada de la superficie de la capa 326, mediante impresión por serigrafía con plata, con vistas a formar la superficie más baja de las cavidades 324 y 344. De manera similar se preparan un par de difusores térmicos 350 y 352 sobre la capa 338 mediante impresión por serigrafiado con plata. Un par de elementos termoeléctricos 354 y 356, compuestos por una serie de vías interconectadas se forman en las capas 328-336 y se rellenan con material termoeléctrico. Cuando se les aplica la corriente, los elementos termoeléctricos 354 y 356 transfieren calor desde los difusores térmicos 350 y 352 hacia los difusores térmicos 346 y 348, enfriando como consecuencia las cavidades 342 y 344.

El material termoeléctrico es preferiblemente Si_{0,8}Ge_{0,2}, que ha sido alterado, ya sea con fósforo para ser de tipo n ó con boro para ser de tipo p. Este material puede ser cocido conjuntamente con las capas de hoja verde a 850ºC, en una atmósfera reductora.

La Figura 9A muestra como las vías están preferiblemente interconectadas en el elemento termoeléctrico 356. Cuatro juegos de vías superpuestas 358-364 son rellenadas con material termoeléctrico de tipo n y otros cuatro juegos de vías superpuestas 366-372 son rellenadas con material termoeléctrico de tipo p. Las vías 358-363 de tipo n y las vías de tipo p están interconectadas en serie a través de trazas conductoras impresas por serigrafiado sobre las capas 328-336, tal como se muestra en la Figura 9A.

Tal como se muestra en la Figura 10, un elemento termoeléctrico 380 puede también ser fabricado en configuración planar. En esta configuración, el material termoeléctrico de tipo n es impreso por serigrafía sobre una capa de hoja verde para definir cuatro tipos de traza 381-384 de tipo n y el material termoeléctrico de tipo p es impreso por serigrafía sobre la capa de hoja verde para definir cuatro trazas 358-388. Las trazas de tipo n 381-384 y las trazas de tipo p 385-388 se extienden desde una fuente de calor 389 hasta un disipador térmico 390. Las trazas de tipo n 381-384 y las trazas de tipo p 385-388 están conectadas en serie, tal como se muestra en la Figura 10, por lo que, cuando se aplica un voltaje procedente de una fuente de voltaje 391, el elemento termoeléctrico 380 transfiere calor desde la fuente de calor 389 hasta el disipador térmico 390.

A pesar de que los elementos termoeléctricos son utilizados habitualmente par refrigerar, los mismos pueden ser también utilizados para calentar, mediante la inversión de la polaridad. Por ejemplo, el elemento termoeléctrico 308 y el serpentín de calentamiento 302 pueden ser utilizados conjuntamente para calentar la cavidad 304. Esto se traducirá a menudo en un calentamiento más uniforme uniforme.

La Figura 11, la cual muestra parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples 400, según la presente invención, ilustra el importante concepto de aislamiento térmico. En particular, diferentes procesos que se desarrollan simultáneamente o casi simultáneamente en diferentes partes del dispositivo pueden requerir diferentes temperaturas. Por consiguiente, resulta a menudo deseable proporcionar aislamiento térmico entre diferentes partes del dispositivo para que puedan mantenerse diferentes temperaturas. En el dispositivo 400, un serpentín para calentamiento vertical 402 se encuentra enrollado alrededor de una cavidad 404, y se forma una cavidad interna 406 en una capa situada debajo de la cavidad 404. La cavidad 406, la cual preferiblemente carece de cualquier tipo de entrada o de salida, se mantiene vacía para proporcionar aislamiento térmico, debido a su baja conductividad, en comparación con la del resto del dispositivo. Además de mediante cavidades vacías, el aislamiento térmico puede ser obtenido mediante la adición de capas de baja conductividad térmica o mediante la adición de materiales de baja conductividad térmica a las capas de hoja verde.

La Figura 12, la cual muestra una parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples 410, según la presente invención, ilustra un enfoque adicional al control de la temperatura. El dispositivo 410 incluye un serpentín de calentamiento 412 enrollado alrededor de una cavidad 414 y una serie de vías térmicas 416 formadas en las capas situadas por debajo de la cavidad 414. Las vías térmicas 416 comprenden, preferiblemente, vías superpuestas que son rellenadas con un material de elevada conductividad térmica, tales como las pastas utilizadas para proporcionar trazas conductoras, que han sido sinterizadas con las capas de hojas verdes. Las vías térmicas 416 actúan como difusores térmicos, facilitando el intercambio de calor con el fluido en la cavidad 414. Las vías térmicas 416 pueden extenderse hacia la superficie exterior del dispositivo 410, para ser térmicamente acopladas con los elementos de calentamiento o de refrigeración externos, tales como calentadores eléctricos, elementos de refrigeración termoeléctricos, aletas de enfriamiento, o intercambiadores de calor. La vía térmica 416 puede también proporcionar una ruta térmica a los componentes internos, tales como calentadores eléctricos y elementos de refrigeración termoeléctrica.

En la Figura 13 se muestra una parte el dispositivo para microfluidos de capas múltiples 420, según la presente invención. El dispositivo 420 incluye un serpentín de calentamiento vertical 422, que envuelve una cavidad 424 y un intercambiador de calor 426. El intercambiador de calor 426 incluye un camino de paso para fluido, tal como una serie de canales o vías, a las cuales se dirige un flujo de fluido. Al menos una parte del intercambiador de calor 426 se encuentra adyacente a la cavidad 424, para establecer un buen contacto térmico. Las vías térmicas (no mostradas en la Figura 13) pueden ser añadidas entre el intercambiador de calor 426 y la cavidad 424 para mejorar el intercambio de calor. De esta manera, el flujo de fluido a través del intercambiador de calor 426 puede ser utilizado bien para añadir o para eliminar calor del fluido en la cavidad 424, elevando o disminuyendo de este modo la temperatura del fluido.

En muchos dispositivos para microfluidos de capas múltiples resulta también importante provocar modificaciones químicas en el fluido. En muchos casos, una pluralidad de caminos de paso en el dispositivo dirigirán una diversidad de fluidos conjuntamente para que reaccionen químicamente. De manera alternativa, a la cavidad que sirve como cámara de reacción se le pueden añadir fluidos de manera secuencial.

Muchas reacciones químicas pueden verse facilitadas a través de catalizadores heterogéneos. Los citados catalizadores heterogéneos son mayoritariamente metales, tales como platino, paladio y rodio. A los dispositivos para microfluidos de capas múltiples puede añadírseles catalizadores, por medio de la tecnología de relleno espeso. De acuerdo con este enfoque, una pasta de película gruesa que contiene partículas de metal (la fase inorgánica) dispersadas en un aglomerante, es aplicada a la superficie de una hoja verde, con anterioridad a la laminación, en una ubicación que corresponde a una cavidad o a un canal en el dispositivo terminado. Durante el paso de cocción, los materiales fugitivos son expelidos desde la película gruesa, dejando detrás suyo una película metálica que está también sinterizada con el material de la hoja verde.

En la Figura 14 se muestra una parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples 439, según la presente invención, El dispositivo 430 incluye las capas 432-444. En las capas 436-442 se forma una cavidad 446. La cavidad 446 se encuentra conectada a un primer canal 448, formado en la capa 436 y a un segundo canal 450, formado en la capa 438. Un catalizador heterogéneo de película gruesa 452 es sinterizado con la capa 444, dentro de la cavidad 446. En el dispositivo 430, la cavidad 436 sirve como cámara de reacción. Un reactivo o una serie de reactivos fluyen hacia la cavidad 446 desde uno o desde los dos canales 448 y 450. La reacción química deseada es inducida mediante el catalizador 452, y el producto de reacción fluye desde la cavidad 446 a través de uno o desde los dos canales 448 y 450.

Algunas reacciones pueden verse facilitadas por medio de catálisis electroquímica. Para las citadas aplicaciones, el dispositivo 430 puede ser fabricado con un avance eléctrico (no mostrado) que se extiende hasta el catalizador 452, con vistas a aplicar un voltaje al citado catalizador 452. El avance eléctrico (no mostrado) puede comprender una serie de trazas conductoras impresas por serigrafía y de vías rellenas de conductor (no mostradas) en las capas 432-444.

Preferiblemente, el catalizador 452 es altamente poroso, con la finalidad de proporcionar un área superficial elevada para las reacciones químicas. De manera ventajosa, la porosidad del catalizador 452 puede ser controlada mediante el ajuste de la composición de la pasta de película gruesa aplicada. En una pasta de película gruesa típica, la fase inorgánica representa entre aproximadamente el 70 y el 90 por ciento en peso y esto da como resultado una película gruesa densa después de la sinterización. No obstante, puede lograrse una película gruesa más porosa mediante la reducción de la fase inorgánica hasta que represente entre aproximadamente el 40 y el 60 por ciento en peso.

Puede lograrse un control adicional acerca de la porosidad del catalizador 452 mediante la adición de esferas poliméricas sub-micrométricas (preferiblemente de poliestireno o acrílicas) a la pasta de película gruesa. El material de las esferas sub-micrométricas no debería ser soluble en el aglomerante y es preferiblemente poliestireno o acrílico. Cuando se deposita la pasta de película gruesa, las microesferas del polímero son dispersadas través de la película gruesa con vistas a definir los poros que en definitiva se encontrarán presentes en la película gruesa sinterizada. Durante el proceso de sinterización, las microesferas de polímero se descomponen dando paso a poros sub-micrométricos controlados dentro de la película gruesa sinterizada.

La obtención de cambios biológicos en el producto resulta también importante en determinados dispositivos para microfluidos de capas múltiples de la presente invención. Uno de los cambios más importante es el del proceso de lisis celular. En este proceso, las paredes de las células presentes en el fluido en cuestión son objeto de rotura para liberar los contenidos celulares, muy especialmente el DNA. El DNA liberado puede ser después amplificado, a través de medios tales como la PCR o LCR, para proporcionar una muestra lo suficientemente grande para el análisis. La lisis celular puede obtenerse en los dispositivos para microfluidos de capas múltiples de la presente invención a través de medios químicos, medios térmicos, mediante la aplicación de potentes campos eléctricos o mediante la aplicación de energía de microondas. En la presente invención, la lisis celular se consigue habitualmente mediante la aplicación de ya sea potentes campos eléctricos o de energía de microondas. El enfoque de microondas es el más preferido.

La lisis celular química puede ser lograda en un dispositivo para microfluidos de capas múltiples mediante el mantenimiento del fluido que contiene las células en una cavidad, tal como la cavidad 24, en el dispositivo 10, mostrado en la Figura 1. Los productos químicos que se necesitan para la lisis celular pueden ser introducidos después en la cavidad 24, a través del canal 26. Entre los productos químicos utilizados para la lisis celular se incluyen enzimas que digieren las paredes de las células y detergentes, tales como el dodecil sulfato sódico, el lauril sulfato sódico, la sarcosina y el Triton X- 100.

La lisis celular térmica requiere simplemente el calentamiento del fluido que contiene las células hasta una temperatura suficiente durante un espacio de tiempo suficiente. Por ejemplo, resulta habitual el calentamiento de las células a una temperatura de 94ºC por espacio de dos minutos. El dispositivo 700, mostrado en la Figura 21, resulta adecuado para lograr la lisis celular térmica en los dispositivos para microfluidos de capas múltiples de la presente invención. El fluido que contiene las células está contenido en la cavidad 700 y el calentador 722 aplica el calor necesario para mantener la temperatura durante el período de tiempo que se desee, de acuerdo con la medición efectuada a través del sensor térmico 724.

Para la lisis celular puede utilizarse también la aplicación de potentes campos eléctricos al fluido que contiene las células. Preferiblemente, el campo eléctrico es un campo DC, en la banda de entre aproximadamente 1kv/cm y 10 kv/cm. En S.W. Lee et al., ``A Micro Well Lysis Device'', Proceedings of IEEE: MEMS 98,pp 443-447 (1998), incorporado a este documento a titulo de referencia, puede encontrarse información adicional acerca de la lisis celular.

Para utilizar este planteamiento en la presente invención, el fluido que contiene las células se ubica en una cavidad a la cual se aplica el campo eléctrico, preferiblemente por medio de placas paralelas, sobre lados opuestos de la cavidad. El dispositivo 570 de la Figura 18 constituye un ejemplo. El fluido que contiene las células puede ser ubicado en la cavidad 572 y el campo eléctrico puede ser aplicado a través de las placas 574 y 576.

El enfoque más preferido pasa por conseguir la lisis celular mediante la aplicación de energía de microondas. En la Figura 15 se muestra una parte del dispositivo para microfluidos de capas múltiples 460, el cual puede ser utilizado para llevar a cabo la lisis celular mediante microondas. El dispositivo 460 incluye una cavidad 462 en la que se coloca el fluido que contiene las células. Se dispone de un par de electrodos paralelos espaciados 464 y 466, sobre las paredes opuestas a la cavidad 462. Los electrodos 464 y 466 se obtienen preferiblemente mediante la sinterización de una pasta de película gruesa que contiene metal con las capas de hoja verde. Los electrodos 464 y 466 forman parte de un circuito eléctrico 468 que suministra energía eléctrica a la cavidad 462. El circuito eléctrico incluye una fuente de microondas 470., tal como un magnetrón o una fuente RF con producción armónica, un conmutador RF 472 activado por flujo, un amplificador de potencia RF 474 y una carga de microondas 476, tal como un reostato. El circuito 468 puede estar compuesto de componentes externos, pero, más preferiblemente, los componentes del circuito 468 forman parte integral del dispositivo 460.

Los sensores de fluido son otro tipo de componentes importantes en dispositivos para microfluidos de capas múltiples. Los sensores de fluido permiten la observación de diversas características del fluido, incluyendo, sin limitación, su nivel, caudal, temperatura, pH y características ópticas.

Uno de los citados sensores de fluido es un sensor capacitativo. En la Figura 16 se muestra una parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples 500, según la presente invención. El dispositivo 500 está compuesto de las capas 502 y 512 e incluye un canal 516, formado en la capa 506, a partir del cual se intenta hacer circular el fluido. El canal 516 está conectado con una entrada de fluido 518 y una salida de fluido 520. La entrada 518 y la salida 520 son cada una de ella definidas por vías superpuestas formadas en las capas 502 y 504. Sobre las paredes del canal 516 se dispone un par de placas de capacitación espaciadas paralelas 522 y 524. Las placas 522 y 524 están preferiblemente formadas por impresión por serigrafiado de una pasta que contiene metal sobre las superficies correspondientes de las capas de hoja verde 504 y 508, respectivamente. Las placas 522 y 524 son entonces cocidas conjuntamente con las capas de hoja verde 502-512, después de que estas capas han sido superpuestas y laminadas conjuntamente, para sinterizar el metal en las placas 522 y 524 con el material en las capas de hoja verde 504 y 508, respectivamente. De esta manera, las placas 522 y 524 se convierten en parte integral del dispositivo 500. Los avances conductores 526 y 528 proporcionan una ruta conductora de electricidad procedente de las placas 522 y 524, respectivamente, hacia la superficie más elevada de la capa 502, a saber, hacia el exterior del dispositivo 500, para permitir la conexión eléctrica a los componentes externos. Los avances conductores se definen por medio de una serie de trazas conductoras sobre las superficies de vías conductoras en las capas 502-510.

Las placas de capacitor 522 y 524 definen un sensor capacitativo que es capaz de detectar la presencia o la ausencia de fluido en el canal 516, mediante la detección de un cambio en la capacitancia. En particular, la constante dieléctrica del aire es la unidad, mientras que la constante dieléctrica de muchos fluidos es mucho más elevada. Por ejemplo, las soluciones acuosas tienen una constante dieléctrica en la región de 87. Por consiguiente, la introducción de fluido en el canal 516 puede ser detectada por medio de un incremento en la capacitancia entre las placas de capacitor 522 y 524. De manera similar, cuando la totalidad del fluido se ha ido a través del canal 516, la capacitancia habrá disminuido a su punto de partida. Los componentes externos (no mostrados) conectados eléctricamente a los avances 526 y 528, pueden ser utilizados para medir la capacitancia. Los componentes externos (no mostrados) pueden también integrar las medidas de capacitancia a lo largo el tiempo, con vistas a determinar, en conjunción con el caudal, la cantidad total de fluido que ha fluido a través del canal 516.

En la realización mostrada en la Figura 16, las placas metálicas 522 a 524 del sensor capacitativo estarían en contacto directo con el fluido en el canal. No obstante, este contacto directo resulta a menudo no deseable, debido al hecho de que determinados fluidos pueden reaccionar químicamente con el metal. Adicionalmente, el metal puede resultar no compatible con muchos fluidos que contienen materiales biológicos.

Para obviar reactividades químicas y limitaciones por biocompatibilidad, las placas metálicas del sensor capacitativo pueden ser colocadas separadas del canal, una o dos capas. Este planteamiento se muestra en la Figura 17. El dispositivo para microfluidos de capas múltiples 530 es similar al dispositivo 500, con la excepción de las placas de capacitor 534 y 536 se encuentran ubicadas separadas del canal 532 por medio de una capa.

Los sensores capacitativos pueden ser también utilizados para medir niveles de fluido, tal como ocurre en las cavidades que se utilizan como pozos de fluido. En la Figura 18 se muestra parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples 540, que consta de las capas 542-552. En las capas 546 y 548 se forma un pozo 554. Las placas de capacitor 556 a 558 se encuentran situadas en posición adyacente a los lados opuestos de las paredes del pozo 554. Las placas 556 y 558 pueden formar parte de las paredes del pozo 554 o pueden situarse separadas de las paredes del pozo 554, a los efectos de que no estén en contacto directo con el fluido en el pozo 554. Los avances conductores 560 y 562 proporcionan una ruta conductora eléctrica desde las placas 556 y 558, respectivamente, hacia el exterior del dispositivo 540, para conectar con componentes externos (no mostrados). Preferiblemente, las placas de capacitor 556 y 558 comprenden, cada una de ellas, vías rellenas de conductor en las capas 546 y 548, las cuales se encuentran superpuestas conjuntamente en el registro. Preferiblemente, la parte de cada una de las capas de capacitor 556 y 558, en cada una de las capas 546 y 548, comprende una fila de vías, conectadas conjuntamente, distribuidas en sentido sustancialmente paralelo a la longitud de la pared adyacente del pozo 554. De este modo, las placas de capacitor 556 y 558 tienen, cada una de ellas, un área sustancialmente igual al área de la pared adyacente del pozo 554. Como construcción alternativa, un área más grande que el pozo 554 puede ser perforada desde las capas de hoja verde 554 y 558 y después rellenada con pasta conductora. Esta área rellenada de material conductor puede entonces ser perforada para definir el pozo 554 con material conductor que permanece sobre los lados opuestos para definir las placas de capacitor 556 y 558.

El pozo 554 pretende contener fluido a un determinado nivel. El nivel de fluido en el pozo 554 puede ser determinado por medio de sensor, midiendo la capacitancia entre las placas 556 y 558. Cuanto más elevada sea la medida de la capacitancia, más elevado será el nivel de fluido.

En la Figura 19 se muestra un diseño alternativo. Un dispositivo para microfluidos de capas múltiples 570 incluye un pozo 572 y placas de capacitor 574 y 576, localizadas en posición adyacente a la parte inferior y superior del pozo 572, respectivamente. Las placas 574 y 576 pueden comprender parte de las paredes inferiores y superiores del pozo 572, o pueden estar separadas por una o dos capas, con la finalidad de no estar en contacto directo con el fluido en el pozo 572.

Muchos fluidos, tales como las soluciones iónicas, son conductoras, por lo que su presencia o ausencia en los canales y en los pozos, puede ser detectada mediante sensores resistivos. Los citados sensores resistivos comprenden un par de conductores que se extienden en un canal o cavidad, a los efectos de que el flujo conductor pueda completar un circuito eléctrico entre ellos.

En la Figura 20 se muestra parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples 600, el cual está compuesto de las capas 602-612. En las capas 606 y 608 se forma un pozo 613. Depositados sobre la superficie de la capa 610 se encuentran los conductores 614 y 616, cada uno de los cuales forma parte de la pared del fondo del pozo 613, con la finalidad de que estén en contacto directo con cualquier fluido en el pozo 613. Una serie de vías rellenas de conductor superpuestas 602-606 definen los avances 618 y 620, conectados a los conductores 614 y 616, respectivamente. Los avances 618 y 620 se extienden hacia el exterior del dispositivo 600, con vistas a permitir la conexión eléctrica a los componentes externos (no mostrados) para la medición de la resistencia entre los conductores 614 y 616. Cuando en el pozo 613 no se encuentra presente flujo alguno, existirá una gran resistencia, a saber, una resistencia de ``circuito abierto'', entre los conductores 614 y 616. No obstante, cuando en el pozo se encuentra presente fluido conductor, la corriente es capaz de fluir entre los conductores 614 y 616 para proporcionar una resistencia que es inferior a esta resistencia de ``circuito abierto''. De este modo, los conductores 614 y 616 comprenden un sensor resistivo, capaz de detectar la presencia o la ausencia de fluido conductor en el pozo 613.

Para el sensor resistivo resultan también disponibles configuraciones alternativas. En la Figura 21 se muestra un dispositivo para microfluidos de capas múltiples 630, que tiene un pozo 632 en el cual los conductores 634 y 636 forman parte de las paredes del pozo 632. Los conductores 634 y 636 pueden ser formados a través de cualquiera de los procedimientos descritos en relación con la fabricación de placas de capacitor 556 y 558, en el dispositivo para microfluidos de capas múltiples 540, siempre y cuando los conductores 634 y 636 sean capaces de contactar directamente con el fluido en el pozo 632.

En la Figura 16 se muestra otra posible construcción para el sensor resistivo. En particular, las placas de capacitor 522 y 524 pueden ser también utilizadas como los dos conductores de un sensor resistivo, para detectar la presencia de fluido conductor en el canal 522.

La presencia o ausencia de fluido puede ser también detectada por medio de un sensor inductor. Un sensor inductor adopta preferiblemente la forma de un serpentín enrollado alrededor de un canal o de una cavidad. Por ejemplo, el serpentín vertical 202, enrollado alrededor de la cavidad 204, tal como se muestran en las Figuras 6 y 6A, y el serpentín horizontal 252, enrollado alrededor del canal 254, tal como se muestra en las Figuras 7 y 7A, pueden ser utilizados como sensores inductores. Los censores inductores detectan al fluido por medio de la detección de modificaciones en la inductancia. La mayor parte de los fluidos tienen una permeabilidad magnética que difiere muy poco de la que tiene el aire. Como resultado, la presencia de los citados fluidos por si mismos resulta difícil de detectar utilizando sensores inductores. No obstante, para lograr que los fluidos sean más fácilmente detectables, pueden añadírseles materiales de elevada permeabilidad. Los citados materiales de elevada permeabilidad adoptan preferiblemente la forma de microesferas magnéticas. Las citadas microesferas magnéticas no son habitualmente electroimanes, pero bastantes de ellas son paramagnéticas. El material paramagnético es habitualmente un óxido de hierro. Estas microesferas magnéticas presentan habitualmente tamaños comprendidos en la banda de 0,1 y 10 micras. El material paramagnéticos en las microesferas está preferiblemente recubierto, o preferentemente disperso en un polímero, con vistas a convertir a las microesferas en no reactivas y biocompatibles. Entre los ejemplos de microesferas magnéticas adecuadas para ser utilizadas en dispositivos multifluídicos de la presente invención, se incluyen los códigos del catálogo MC03N y MCO5N, comercializados por Bangs Laboratories Inc, de Fisher, Indiana.

Las superficies de las microesferas magnéticas pueden ser también utilizadas para interreaccionar con componentes del fluido. Por ejemplo, las microesferas magnéticas pueden proporcionar superficies sobre las cuales tienen lugar reacciones químicas. De manera adicional, la estructura y la composición de las superficies de las esferas micromagnéticas puede ser controlada, a los efectos de que sustancias químicas y biológicas determinadas puedan unirse a las mismas. Por ejemplo, a las esferas micromagnéticas se les puede unir moléculas de DNA. El tamaño utilizado de las microesferas magnéticas para proporcionar superficies para reacciones químicas o puntos de unión se sitúa habitualmente en la banda que oscila entre 0,2 y 3 micras. La estructura y la aplicación de las microesferas magnéticas es descrita adicionalmente en ``To bead or not to bead: Applications of Magnetic Bead Technology''., The Scientist, vol 12, nº13 (June 22, 1998), el cual es incorporado al presente documento como referencia.

Para la detección inductiva, las microesferas magnéticas son añadidas al fluido introducido en el dispositivo para microfluidos de capas múltiples, con vistas a proporcionarle al fluido una elevada permeabilidad magnética. De esta manera, la presencia o la ausencia de fluido puede ser detectada en forma de cambios en la inductancia. Por ejemplo, para detectar en nivel de fluido en la cavidad 204 puede utilizarse el serpentín 202. De manera específica, sin la existencia de fluido, y por consiguiente, sin la presencia de microesferas magnéticas en la cavidad 204, la inductancia del serpentín 202 será relativamente baja. No obstante, a medida que se eleva el nivel de fluido de la cavidad 204, se incrementa también el número de microesferas magnéticas en dicha cavidad, incrementándose como consecuencia la inductancia del serpentín 202. De manera similar, los cambios en la inductancia del serpentín 252 pueden ser utilizados para detectar la presencia o la ausencia de fluido que fluye a través del canal 254.

Los dispositivo para microfluidos de capas múltiples de la presente invención pueden también incluir sensores de temperatura para la medición de la temperatura del fluido. En muchos casos, el sensor de temperatura será utilizado en conjunción con un calentador para controlar el proceso de calentamiento. En la Figura 22 se muestra parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples 700, según la presente invención. El dispositivo 700 está compuesto de las capas 702-718. En las capas 702-710 se forma una cavidad 720 y alrededor de la cavidad 720 se encuentra enrollado un serpentín calentador 722. Un procedimiento para calcular la temperatura del fluido en la cavidad 720 consiste en calcular la resistencia del serpentín calentador 722, en base a la corriente y voltaje aplicados al mismo. No obstante, este procedimiento de medición de temperatura de fluido resulta probablemente inexacto debido a las grandes diferencias existentes entre la temperatura del serpentín calentador 722 y el fluido.

Un sensor de temperatura separado 724 proporciona una medición mucho más ajustada de la temperatura del fluido. Tal como se muestra en las Figuras 21 y 21A, el sensor de temperatura 724 es una traza de material conductor depositada sobre la superficie superior de la capa 712. Preferiblemente, el sensor de temperatura 724 define una espiral. Preferiblemente, el sensor de temperatura 724 se forma mediante la impresión por serigrafía de un metal que contiene pasta sobre la capa de hoja verde 712, que es sinterizada posteriormente con el material de la capa 712, cuando se somete a cocción el dispositivo 700. El material conductor del sensor de temperatura 724 debe tener una resistencia que varíe en función de la temperatura, que esté bien caracterizada. En los extremos del sensor de temperatura 724 se proporcionan las terminales 726 y 728, las cuales son preferiblemente impresas mediante serigrafía y sinterizadas con la capa 712. Los avances 730 y 732, definidos a través de una serie de trazas conductoras y de vías rellenas de material conductor en las capas 702-716, conectan eléctricamente las terminales con el exterior del dispositivo 700. De este modo, para aplicar corriente al sensor de temperatura 724 a través de los avances 730 y 732, se pueden utilizar componentes externos. La temperatura del fluido en la cavidad 720 puede ser entonces determinada a partir del sensor de temperatura 724.

El sensor de temperatura 724 puede convertirse en incluso ser exacto, utilizándolo en una configuración con cuatro avances, tal como se muestra en la Figura 22A. Por consiguiente, resulta preferible disponer de dos avances adicionales, los avances 734 y 736, que estén conectados eléctricamente con el sensor de temperatura 724, en las uniones 738 y 740. En esta configuración, los avances 730 y 732 aplican una corriente conocida, mientras que los avances 734 y 736 miden la caída de voltaje en la unión 738 y 740. La resistencia, y por tanto la temperatura, puede entonces ser calculada a partir de la corriente aplicada y la medición de voltaje.

Tal como se muestra en la Figura 22, la capa 722 define el fondo de la cavidad 720. El sensor de temperatura 712 estaría entonces en contacto directo con cualquier fluido en la cavidad 720. No obstante, en aplicaciones en las cuales el material del sensor de temperatura 724 puede reaccionar con el fluido en la cavidad 720, o resulta incompatible con el mismo, el sensor de temperatura 724 puede ubicarse a más distancia de la cavidad 720, a través de una o más capas. Por ejemplo, el sensor de temperatura 724 podría estar ubicado sobre la superficie superior de la capa 714 en vez de en la capa 712.

Dado que muchas reacciones químicas y bioquímicas dependen del pH del entorno, los sensores de pH pueden ser también componentes importantes de los dispositivo para microfluidos de capas múltiples de la presente invención. Mediante la utilización de tecnología de película gruesa, los sensores de pH pueden ser sinterizados en canales y en pozos para detectar el pH del fluido presente en los mismos. En la Figura 23 se muestra parte del citado dispositivo para microfluidos de capas múltiples, constituido por las capas de hoja verde 802-814. Un primer camino de paso de fluido 816 está definido por las capas 802-806, un segundo camino de paso de fluido 818 está definido por la capa 808 y una cavidad está definida por las capas 806-812. Un sensor de pH de película gruesa es sinterizado a la capa 814 y está localizado en el fondo de la cavidad 820. El sensor de película gruesa 822 comprende una capa de vidrio sensible 824 sobre la parte superior y está sinterizado a un electrodo metálico 826. Tanto la capa de vidrio sensible 824 como el electrodo metálico 826 son preferiblemente aplicados utilizando la tecnología de película gruesa. La pasta de película gruesa utilizada para formar la capa de vidrio sensible 824 puede ser obtenida mediante el mezclado de polvos sensibles, teniendo preferiblemente un tamaño de partícula comprendido entre las 10 y las 20 micras, con aglomerante orgánico. Los polvos sensibles son habitualmente mezclas de Li_{2}O, CaO, y/o Na_{2}O, con Si_{2}O. Utilizando esta composición, el sensor de pH 822 puede estar integrado con la capa de hoja verde 814 mediante sinterización a una temperatura de aproximadamente 950ºC. En J H Liu, et al., ``Study of thick-film pH sensors'', Sensors and Actuators B, 13- 14 (1993), p. 566-567, incorporado al presente documento a título de referencia, puede encontrarse información adicional en relación con los citados sensores de película gruesa.

Un avance eléctrico 828, definido preferiblemente a través de una traza metálica sobre la capa 814 y vías rellenadas de metal en las capas 802-812 proporcionan una ruta conductora de la electricidad desde el electrodo 826 hacia el exterior del dispositivo 800. De este modo, el sensor de pH 822 es sensible a los iones hidrógeno presentes en el fluido contenido en la cavidad 820 y, en combinación con un electrodo de referencia (no mostrado) externo al dispositivo 800, el sensor de pH 822 puede ser utilizado para medir el pH del fluido en la cavidad 820.

De manera alternativa, la referencia que se precisa para llevar a cabo mediciones de pH puede ser proporcionada por el propio dispositivo para microfluidos de capas múltiples. Tal como se muestra en la Figura 24, se proporciona un dispositivo para microfluidos de capas múltiples 830, con un sensor de pH de película gruesa 832 dispuesto en una cavidad interna 834, equipado con un pozo externo 836 que contiene una solución de referencia. Para llevar a cabo mediciones de pH puede colocarse un electrodo de referencia externo 838 en la solución de referencia, en posición externa al pozo 836, en combinación con el sensor de pH 832.

Preferiblemente, el electrodo de referencia está integrado con el dispositivo. Este enfoque se muestra en la figura 25. Un dispositivo para microfluidos de capas múltiples 840, compuesto por las capas de hojas verdes 842 -854, incluye una cavidad para medición 856, definida por las capas 846-852, y una cavidad de referencia 858, definida por las capas 846-848. Un sensor de pH de película gruesa 860 es sinterizado a la capa 854, con la finalidad de estar localizado en el fondo de la cavidad de medición 856 y un electrodo de referencia de película gruesa 862 es sinterizado a la capa 850, con la finalidad de estar localizado en el fondo de la cavidad de referencia 858. Los avances eléctricos 864 y 866, conectan al sensor de pH 860 y al electrodo de referencia 862, respectivamente, con el exterior del dispositivo 840, con vistas a permitir la conexión eléctrica con componentes externos (no mostrados). A la cavidad de referencia 858 puede añadírsele una solución de referencia, con vistas a proporcionar una referencia para la medición del pH del fluido en la cavidad 856, mediante el sensor de pH 862. De esta manera, el número de componentes externos (no mostrados) que se precisan para el pH queda minimizado.

Otra importante capacidad para la detección de fluido es la capacidad para detectar las características ópticas del fluido en los canales y en las cavidades del dispositivo, En particular, la presencia de determinadas sustancias químicas o biológicas en el fluido puede ser detectada mediante la observación de la absorción óptica del fluido a una o más longitudes de onda o mediante la observación de la extensión a la cual el fluido emite luz, tal como a través de fluorescencia, a una o más longitudes de onda. Este enfoque puede ser utilizado para monitorizar el avance de las reacciones químicas en el fluido. La citada detección óptica exige materiales, localizados entre el canal y la cavidad que contiene el fluido, y el exterior del dispositivo, los cuales son ópticamente transparentes. Tal como se utiliza en el presente documento, ``ópticamente transparente'' y ``ópticamente transmisor'' significa medios que son capaces de transmitir luz visible y/o ultravioleta.

Una manera de proporcionar transparencia óptica consiste en proporcionar una capa de un material ópticamente transmisor sobre la parte superior de capas opacas múltiples de hojas verdes. Por ejemplo, en la Figura 26 se muestra parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples 900, compuesto de una capa ópticamente transmisora 901 en la parte superior de las capas opacas 902-907. En la capa 903 se forma un canal 908 y la cavidad 909 se forma en las capas 902-904. La capa ópticamente transmisora 901 puede ser preparada a partir de vidrio, cuarzo, sílice fundida, un polímero, o de cualquier otro material transparente en la banda de longitudes de onda deseada. Preferiblemente, la capa ópticamente transmisora 901 se obtiene a partir de una hoja verde que contiene partículas de vidrio, la cual ha sido cocida conjuntamente con las capas 902-907 y, por tanto, sinterizada con la capa opaca 902. De manera alternativa, la capa ópticamente transmisora 901 puede ser unida una vez las capas 902-907 han sido cocidas, por ejemplo mediante un adhesivo. Preferiblemente, el adhesivo es un adhesivo polimerizable por UV, tal como Loctite 3492, comercializado por Loctite Corp., Hartford, Connecticut. No obstante, pueden utilizarse otros adhesivos acrílicos o de base uretano. En el caso de que la capa ópticamente transmisora 901 sea un polímero, el mismo puede ser también unido mediante enlace por compresión o mediante enlace por fusión.

Tal como se muestra en la Figura 26, la capa ópticamente transmisora 901 proporciona acceso óptico a la cavidad 909. Las reacciones químicas que tienen lugar en la cavidad 909 pueden ser monitorizadas de manera óptica, pudiéndose determinar el momento en el que se inicia la reacción o el momento en el que finaliza. De manera alternativa, el fluido puede ser alimentado en la cavidad 909 desde el canal 908, simplemente para medición óptica.

La técnica de detección óptica preferida conlleva la detección de fluerescencia en el fluido en la cavidad 909. En este planteamiento, se aplica una fuente de luz a una primera longitud de onda sobre el fluido, en la cavidad 909, a través de la capa ópticamente transmisora 901. La presencia de luz fluorescente, a saber, luz a una segunda longitud de onda, emitida desde el fluido en la cavidad 909 a través de la capa 901 es entonces monitorizada. Para facilitar la técnica pueden añadírsele al fluido moléculas marcadas con fluorescencia.

De manera alternativa, puede determinarse la intensidad de la fuente de luz superpuesta desde el fluido en la cavidad 909, a través de la capa 901, con vistas a determinar la absorbancia o la densidad óptica del fluido.

Para monitorizar diferentes partes del dispositivo de manera simultánea, pueden también utilizarse técnicas ópticas. En la Figura 27 se muestra una parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, que incluye una capa ópticamente transmisora 912, sobrepuesta a una diversidad de cavidades 914-922 formadas en el interior de la capa opaca 924. La capa ópticamente transmisora 912 proporciona acceso óptico a cada una de las cavidades 914-922. De manera ventajosa, las reacciones químicas pueden desarrollarse en paralelo en las cavidades 914-922 y se pueden monitorizar de manera simultánea a través de la capa ópticamente transmisora 912.

El acceso óptico puede también ser proporcionado mediante el rellenado de las vías con materiales ópticamente transmisores. En particular, las vías pueden ser rellenadas con una pasta de película gruesa que sea ópticamente transmisora después de la cocción, tales como las pastas de película gruesa que contienen partículas de vidrio. Las vías rellenas son sometidas a cocción con el resto del dispositivo para proporcionar vías ópticas, a saber, vías que no permiten el paso de fluido pero que son ópticamente transmisoras.

De manera alternativa, pueden proporcionarse vías ópticas por medio del rellenado de las mismas, tal como ocurre en el caso de impresión por serigrafiado, una vez el dispositivo es sometido a cocción. Entre los materiales impresos mediante serigrafía utilizados en este planteamiento se incluyen monómeros acrílicos o monómeros acrílicos-uretano, que son polimerizados posteriormente, ya sea térmicamente o mediante exposición a la luz ultravioleta para formar polímeros ópticamente transmisores.

En la Figura 28 se muestra parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples 930, compuesto por capas opacas 931-937. En la capa 934 se forma un canal 938 y en las capas 933-936 se forma una cavidad 939. Las vías 940 y 941, las cuales son rellenadas con un material ópticamente transmisor, se forman en las capas 931 y 932, respectivamente, con la finalidad de que sean alineadas conjuntamente. De este modo, las vías superpuestas 940 y 941 proporcionan acceso óptico al fluido en la cavidad 939 desde la parte superior del dispositivo 930. Una tercera vía 942, rellenada con un material ópticamente transmisor, pueden también formarse en la capa 937, con vistas a proporcionar acceso óptico al fluido en la cavidad 939 desde el fondo del dispositivo 930. Preferiblemente, las vías 940, 941 y 942 son alienadas conjuntamente. De este modo, la luz puede pasar directamente a través de las vías 940,941 y 942, al igual que cualquier fluido en la cavidad 939, para permitir la mejor determinación de la absorción óptica del fluido.

Tal como se muestra en la Figura 29, las vías rellenas pueden ser también combinadas con capas ópticamente transmisoras. En el dispositivo para microfluidos de capas múltiples 950, una capa opaca 951 separa una capa ópticamente transmisora 952 de un canal 952. Las vías 954-956 se forman en la capa 951 y son rellenadas con un material ópticamente transmisor. Esta disposición permite llevar a cabo mediciones ópticas del fluido en diferentes puntos del canal 953, como por ejemplo para monitorizar el flujo de fluido a través del canal 953.

En los dispositivos para microfluidos de capas múltiples de la presente invención puede también proporcionarse acceso óptico horizontal. Ello puede lograrse mediante la impresión por serigrafía de una pasta de película gruesa que se convierte en ópticamente transmisora después de la cocción sobre la superficie de una de las capas de hoja verde, con anterioridad a la laminación y a la cocción de las capas. Pueden también laminarse fibras ópticas alternativas entre las capas de hojas verdes y ser sometidas posteriormente a cocción conjunta con el resto del dispositivo.

En la Figura 30 se muestra parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples 960, compuesto de capas opacas 961-967, en el cual en las capas 962- 964 se forma una cavidad 968. Una fibra óptica 969, laminada entre y sinterizada con las capas 962-963, se extiende entre la superficie exterior del dispositivo 960 hasta la cavidad. De este modo, la fibra óptica 969 proporciona acceso óptico al fluido en la cavidad 968. En la fabricación del dispositivo 960 puede resultar deseable estampar en relieve canales en las capas 962 y 963 antes de la laminación, con vistas a acomodar mejor la fibra óptica 969.

En la Figura 31 se muestra parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples 970, compuesto de las capas opacas 971-977, en el cual en las capas 972-974 se forma una cavidad 978. Las vías superpuestas 979 y 980, formadas en las capas 971 y 972, respectivamente, son rellenadas con un material ópticamente transmisor sinterizado a las capas 971 y 972, como puede ser el caso del proporcionado por el rellenado de las vías 979 y 980 con una pasta de película gruesa que contiene partículas de vidrio. Una traza ópticamente transmisora 981 se extiende desde la vía rellenada 980 hasta la cavidad 978. De este modo, las vías rellenadas 979 y 980 y la traza ópticamente transmisora 981 proporcionan acceso óptico al fluido en la cavidad 978. Preferiblemente, la traza 981 se forma por medio del depósito de una pasta de película gruesa, que contiene un material ópticamente transmisor, tal como partículas de vidrio, sobre la superficie de la capa de hoja verde 973.

La tercera gran categoría de componentes importantes en los dispositivos para microfluidos de capas múltiples de la presente invención son los componentes que controlan el movimiento del fluido o el de los componentes del fluido. Incluidos en esta categoría se encuentran los componentes que pueden ser utilizados como ``bombas'', mediante la inducción de movimiento del fluido a través de los canales.

El citado bombeo de fluidos puede ser logrado mediante la utilización de bombeo electro-osmótico, el cual resulta adecuado para fluidos conductores y el bombeo electro-hidrodinámico, el cual resulta adecuado para fluidos no conductores. El bombeo electro-osmótico de fluido conductor a través de un canal requiere la aplicación de un campo eléctrico, habitualmente en la banda de entre 100 y 500 voltios por centímetro, a lo largo de la longitud del canal. El bombeo electro-osmótico es descrito con mayor detalle en Andreas Manz, et al., ``Electroosmotic Pumping and Electropheretic Separations for Miniaturized Chemical Análisis Systems'', Journal of Micromechanical Microengineering, vol 4, pp. 257-265 (1994).

En la Figura 32 se muestra parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples 1000, según la presente invención, para llevar a cabo bombeo electro-osmótico. El dispositivo 1000 está compuesto de las capas 1001-1006. En las capas 1001-1006 se forma la cavidad 1007. En la capa 1006 se forma un primer canal 1008 y en la capa 1007 se forma un segundo canal 1009. A lo largo de la longitud del canal 1008 se ubican, de manera espaciada, un par de electrodos 1010 y 1011. Los electrodos 1010 y 1011 son definidos preferiblemente mediante vías rellenadas de conductor formadas en la capa 1002. Los avances conductores 1012 y 1013 se extienden desde los electrodos 1010 y 1011, respectivamente, hasta el exterior del dispositivo 1000, para conexión eléctrica con los componentes externos (no mostrados). De este modo, el voltaje exigido para el bombeo electro-osmótico puede ser aplicado a los electrodos 1010 y 1011. Cuando se aplica este voltaje, el fluido puede ser bombeado a través del canal 1008 hacia la cavidad 1007.

El bombeo electro-hidrodinámico de fluidos relativamente no conductores es alcanzado preferiblemente mediante la aplicación de un campo eléctrico que viaje a lo largo del canal del fluido. Por ejemplo, pueden aplicarse impulsos de voltaje de desplazamiento de fase, de una manera secuencial a una serie de electrodos espaciados a lo largo del canal de fluido. Este planteamiento es descrito en detalle en G. Fuhr ``Pumping of Water Solutions in Microfabricated Electrohydrodynamic Systems'', Micro Electro Mechanical Systems' 92 (Feb. 4-7, 1992), pp.25-20.

La Figura 33 muestra, de manera esquemática, como el bombeo electro- hidrodinámico puede ser alcanzado en un dispositivo para microfluidos de capas múltiples según la presente invención. En la Figura 33 mediante trazas conductoras se muestra una primera capa de hojas verdes 1014 (mostrada parcialmente cortada), en la cual se forma un canal 1015 y una segunda capa de hojas verdes 1015. Una serie de electrodos 1017-1024 se proporcionan sobre la superficie superior de la capa de hoja verde 1016, superpuesta al canal 1015. Preferiblemente, los electrodos 1017-1024 son definidos mediante trazas conductoras impresas mediante serigrafiado y sinterizadas en la capa de hoja verde 1016. Los electrodos 1017-1024 se encuentran preferiblemente espaciados de manera igualitaria y la anchura de cada uno de los electrodos 1017-1024 es sustancialmente la misma. Para lograr el bombeo electro-hidrodinámico, pueden aplicarse impulsos de voltaje a cada uno de los electrodos 1017-1024, con una diferencia de fase predeterminada entre cada uno de los sucesivos electrodos. Así, por ejemplo, la fase de impulsos de voltaje aplicados a los electrodos 1017 y 1021 puede ser la misma, variando la fase de impulsos de voltaje de manera continua entre los electrodos intermedios 1018-1020. Preferiblemente, los impulsos de voltaje presentan un voltaje pico en la banda de entre 100 y 300 voltios, y una frecuencia de entre 100 kHz y 30 Mhz. El espaciado entre electrodos es de aproximadamente 200 micras. Mediante la aplicación de impulsos de voltaje de esta manera, el fluido puede ser bombeado a través del canal 1015.

El movimiento de los elementos piezoeléctricos que están integrados en los dispositivos para microfluidos de capas múltiples de la presente invención pueden ser también utilizado para bombear fluidos. Los citados elementos piezoeléctricos son preferiblemente fabricados a partir de un material cerámico, preferiblemente un material (PZT) titanato zirconato de plomo.

El PZT puede ser añadido a las capas de hoja verde a través de una o de diferentes vías. El PZT puede ser primero inflamado y después añadido a la cavidad proporcionada en una capa de hoja verde inflamada. De acuerdo con este planteamiento, el PZT puede ser ubicado en su destino por medio de un adhesivo, y pueden proporcionarse electrodos para el elemento piezoeléctrico mediante la aplicación de una material epoxi conductor.

Preferiblemente, el PZT es cocido conjuntamente y sinterizado con las capas de hoja verde con vistas a que se convierta en parte integral del dispositivo. Por ejemplo, el material PZT puede ser fundido como capa de hoja verde de cerámica y después laminado y cocido con las otras capas de hoja verde. De manera alternativa, el material PZT puede ser añadido a las cavidades en las capas de hoja verde no cocidas, en calidad de pasta de película gruesa. En cada uno de los enfoques, pueden proporcionarse electrodos sobre cada uno de los elementos piezoeléctricos, mediante la impresión por serigrafía sobre los mismos de pastas de película gruesa que contienen metal. De este modo, el material PZT, los electrodos, y las capas de hoja verde pueden ser todos ellos cocidos conjuntamente. Después de la cocción, el PZT es polarizado por medio de la aplicación de un campo eléctrico, habitualmente superior a los 2000 V/mm, por medio de electrodos depositados sobre el mismo. Los electrodos utilizados para polarizar al PZT pueden ser o bien iguales o distintos a los electrodos utilizados para polarizar al mismo.

Los materiales PZT constituyen una amplia clase de materiales de tipo cerámico, los cuales pueden contener una amplia diversidad de componentes químicos, pero todos ellos contienen plomo como principal componente del titanato zirconato de la forma Pb(Zr_{1-x}Ti_{x})O_{3}, en la que x puede oscilar entre cero y uno. Las temperaturas de sinterización adecuadas para este material se sitúan en la banda de entre los 1200 y los 1300ºC. No obstante, con vistas a cocer conjuntamente este material con muchos materiales de hoja verde se requiere una temperatura de sinterización más baja. En particular, debido a la circunstancia de que el punto de fusión del material de metalización preferido, la plata, es de tan solo 961ºC, los materiales PZT utilizados en la presente invención tienen una temperatura de sinterización por debajo de esta temperatura. Para reducir la temperatura de sinterización del PZT pueden añadírsele diversas sustancias dopantes. Por ejemplo, la temperatura de sinterización del PZT puede ser reducida hasta los 940ºC mediante la adición de una concentración en moles de Zn^{+2} del 2,0%, añadido en forma de Zno; y de Li^{+1} a una concentración molar del 3,0%, añadido en forma de Li_{2}CO_{3}. Detalles adicionales al respecto de este planteamiento son proporcionados por Z. Gui et al., ``influence of Additives on Sintering Processing and Properties of High Performance Piezoelectric Ceramics'', Solid State Phenomena, v. 25&26, pp. 309-316 (1992).

Más preferiblemente, la temperatura de sinterización del PZT puede ser reducida incluso más, hasta aproximadamente los 900ºC, tal como se describe en el documento US Patent Nº. 5.792.379, el cual es incorporado aquí a título de referencia. En este planteamiento, la composición de PZT esta caracterizada por entre el 94,0 y el 99,4 por ciento en peso de titanato zirconato de plomo, por entre el 0,1 y el 1,0 por ciento en peso de dióxido de manganeso, y por entre el 0,5 y el 5,0 por ciento en peso de aditivo de vidrio que tiene la fórmula wB_{2}O_{3-}xBi_{2}O_{3}-yMeO-zCuO, en la que Me es seleccionado de entre el grupo que comprende Ca, Sr, Ba y Zn. Adicionalmente, w+x+y+z=1, en donde w oscila entre 0,01 y 0,15; x oscila entre cero y 0,60; y oscila entre cero y 0,60; y z oscila entre 0 y 0,55.

En la Figura 34 se muestra parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples 1000, según la presente invención, el cual está provisto de un tipo de bombeo piezoeléctrico. El dispositivo 1030 está compuesto de las capas 1032-1044, de las cuales las capas 1036 y 1038 están compuestas de material piezoeléctrico y las otras capas restantes se forman a partir de hoja verde que no contiene materiales piezoeléctricos. En la capa 1038 se forma un canal 1046. Sobre la superficie superior de la capa piezoeléctrica 1036 se forma un electrodo 1048 y sobre la superficie inferior de la capa piezoeléctrica 1036 se forman una serie de electrodos 1050-1056.De manera similar, sobre la superficie inferior de la capa piezoeléctrica 1040 se forma un electrodo 1062 y sobre la superficie superior de la capa piezoeléctrica 1040 se forman una serie de electrodos 1060-1066. Avances conductores de electricidad (no mostrados), integrados en el dispositivo 1030, conectan los electrodos 1048-1066 con el exterior del dispositivo 1030, por lo que los componentes externos (no mostrados) pueden aplicar voltajes a los electrodos. Preferiblemente, los voltajes aplicados a los electrodos 1050-1056 y a los 1060-1066 son programados temporalmente, con vistas a crear una onda acústica superficial. En particular, las partes de las capas piezoeléctricas 1034 y 1040, en contacto con los electrodos 1050-1056 y 1060-1066, respectivamente, se contraen y relajan alternativamente, de una manera coordinada, con la finalidad de atraer fluido a través del canal 1038.

En la Figura 35 se muestra parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples 1070, según la presente invención, el cual está provisto de otro tipo de instrumento de bombeo piezoeléctrico. El dispositivo 1070 consta de las capas 1072-1086. De entre estas capas, la 1076 y la 1082 son, en parte, han sido preparadas a partir de un material piezoeléctrico, definiendo como consecuencia los elementos piezoeléctricos 1077 y 1083. En las capas 1074-1084 se forma una cavidad 1088. Conectado a la cavidad 1088 se encuentra un canal de entrada 1090, formado en la capa 1076, y un canal de salida 1092, formado en la capa 1082. Los elementos piezoeléctricos 1077 y 1083 pueden operar de dos maneras diferentes a la hora de bombear fluido desde el canal de entrada 1076 hacia la cavidad 1088 y para bombear fluidos desde la cavidad 1088 a través del canal de salida 1092. En un modo operativo, los elementos 1077 y 1083 se flexan de manera alternativa (ya sea en el plano del papel o de manera perpendicular al plano del papel) y se relajan de manera coordinada para extraer fluidos desde el canal 1090 y para empujar el fluido extraído hacia el canal 1082. En otro modo operativo, los elementos 1077 y 1083 se alargan y contraen, alternativamente, de una forma coordinada, con la finalidad de mover el fluido. Los elementos piezoeléctricos 1077 y 1083 están provistos de electrodos (no mostrados) en las ubicaciones adecuadas, para llevar a cabo estas operaciones.

Las bombas de fluido pueden estar también basadas en la manipulación de bolas magnéticas. Tal como se ha comentado anteriormente, pueden añadírsele al fluido bolas electromagnéticas en dispositivos para microfluidos de capas múltiples y determinadas sustancias químicas y biológicas pueden ser también unidas a las microesferas magnéticas. Debido a la circunstancias de que las microesferas magnéticas son paramagnéticas, las mismas se trasladan preferiblemente hacia áreas de densidad de flujo magnético. Por consiguiente, para manipular microesferas magnéticas pueden utilizarse electroimanes. La manipulación de microesferas magnéticas permite, a su vez, obtener el control sobre la ubicación y el movimiento de las sustancias unidas a las mismas. A medida que las microesferas magnéticas se desplazan, las mismas pueden también arrastrar con ellas al fluido que las rodea, provocando con ello un flujo de fluido.

En la Figura 36 se muestra parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples 1200, según la presente invención, para la manipulación electromagnética de microesferas magnéticas. El dispositivo 1200 está compuesto de las capas de hoja verde 1202-1216 e incluye un canal 1218 formado en la capa 1204. Un par de electroimanes 1220 y 1222 se alinean, generalmente en sentido perpendicular, al canal 1218, con la finalidad de dirigir el flujo magnético hacia el canal 1218. El electroimán 1200 está provisto de un serpentín vertical 1224, definido a través de una serie de trazas conductoras y de vías rellenas de material conductor en las capas 1206-1216. Preferiblemente, dentro del serpentín vertical 1224 se ubica un núcleo 1226 de un material que presenta una elevada permeabilidad magnética. La estructura del electroimán 1222 es similar a la del electroimán 1220.

El núcleo 1226 se define más adecuadamente mediante vías superpuestas en las capas 1206-1214, las cuales han sido rellenadas con el material de elevada permeabilidad. Si el material de elevada permeabilidad del núcleo 1226 es incompatible con los fluidos que deberían fluir a través del canal 1218, entonces, el núcleo 1226 puede ser apartado del canal 1228 por medio de una o más capas. El material de elevada permeabilidad incluye un material de tipo ferrita, tal como Fe_{3}O_{4}, MnFe_{2}O_{4}, ó CoFe_{2}O_{4}. La ferrita puede ser también combinada con frita de vidrio. Son materiales de tipo ferrita adecuados, la pasta MPS #220 de ferrita SEI, una pasta de película gruesa que contiene materiales de tipo ferrita y el SEI Green Tape, en los cuales los materiales de tipo ferrita han sido fundidos en una hoja verde, siendo comercializados por Scrantom Engineering, Inc de Costa Mesa, California. Estos nmateriales disponibles en el comercio pueden ser sinterizados a una comprendida entre 850 y 950ºC, con vistas a integrar el núcleo 1226 con el resto del dispositivo.

Mediante la aplicación de corriente al electroimán 1220 y/o al electroimán 1222, las microesferas magnéticas presentes en el canal 1218 pueden ser desplazadas o mantenidas en su lugar, según conveniencia. Por ejemplo, con el electroimán 1222 apagado, y el electroimán 1220 encendido, las microesferas magnéticas serán atraídas hacia el electroimán 1220 y pueden ser mantenidas en su sitio allí. Si se enciende entonces el electroimán 1222 y se apaga el electroimán 1220, se provoca el que las microesferas magnéticas previamente estáticas se desplacen ahora hacia el electroimán 1222. De este modo, las microesferas magnéticas pueden ser desplazadas a lo largo del canal 1218. Por consiguiente, las sustancias químicas o biológicas pueden ser desplazadas a lo largo del canal 1218 de esta manera, por medio de la unión de las mismas con las microesferas magnéticas. El movimiento de las microesferas magnéticas puede también arrastrar fluido con las mismas. De esta forma, los electroimanes 1220 y 1222 pueden ser también utilizados para bombear fluido a lo largo del canal 1218. Para el bombeo de fluido resultan preferidas microesferas magnéticas de mayor tamaño, a saber, aquellas con tamaño superior a aproximadamente 5 micras.

Si bien la Figura 36 muestra tan solo dos electroimanes adyacentes al canal, debe darse por entendido que puede utilizarse un mayor número de electroimanes para desplazar las microesferas a través del canal. Este movimiento se alcanza habitualmente por medio del suministro secuencial de energía a los electroimanes, tal como se ha descrito anteriormente. Los electroimanes pueden ser también utilizados para desplazar microesferas magnéticas y, por consiguiente, para bombear fluido hacia el interior o el exterior de las cavidades.

En la Figura 37 se muestra una configuración alternativa, la cual muestra parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples 1230, según la presente invención. El dispositivo 1230 está compuesto por las capas 1232 y 1240, con un canal 1242 formado en la capa 1236. El primer y el segundo serpentín 1244 y 1246 se encuentran enrollados alrededor del canal 1242. Los serpentines 1244 y 1246 han sido construidos, de manera ventajosa, a partir de una serie de trazas conductoras y vías rellenas de metal en las capas 1234-1240. Preferiblemente, en las capas 1234 y 1238, las cuales son adyacentes al canal 1242, se incorpora un material que presenta una elevada permeabilidad magnética, tal como un material tipo ferrita. Los serpentines 1244 y 1246 pueden ser provistos de energía de manera secuencial para desplazar a las microesferas magnéticas a través del canal 1242. Por ejemplo, cuando el serpentín 1244 está encendido y el serpentín 1246 apagado, las microesferas magnéticas serán atraídas por el serpentín 1244. Después, cuando el serpentín 1244 está apagado y el serpentín 1246 encendido, las microesferas magnéticas se desplazarán desde el serpentín 1244 hacia el serpentín 1246.

Los electroimanes pueden ser también utilizados para mezclar o para agitar fluidos, los cuales son procesos muy importantes en dispositivos para microfluidos. Por ejemplo, el mezclado de reactivos resulta de utilidad para favorecer su reacción química. La agitación de fluidos contribuye también a lograr la uniformidad de temperaturas y el equilibrio térmico. Cuando se trabaja con fluidos que contienen microesferas magnéticas, la agitación resulta de utilidad para favorecer la dispersión de las microesferas a través del fluido. No obstante, debido a las pequeñas dimensiones de los canales y de los pozos en los dispositivos para microfluidos habituales, la mayor parte de flujo de fluido es laminar. Debido a que el mezclado de los flujos se desarrolla primeramente mediante difusión en el régimen laminar, resulta difícil lograr un mezclado eficiente, a no ser que se desarrolle un flujo turbulento.

En la Figura 38 se muestra, de manera esquemática, parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples compuesto de las capas 1302-1322. En las capas 1306-1312 se forma una cavidad 1325. En la capa 1308 se forman los canales 1326 y 1328, conectados a la cavidad 1325. En las capas 1314-1322 se forman los electroimanes 1330 y 1332. Preferiblemente, los electroimanes 1330 y 1332 incluyen, cada uno de ellos, un serpentín vertical, definido por una serie de trazas conductoras y de vías rellenas de metal, enrollado alrededor de un núcleo de ferrita que ha sido sinterizado en las capas de hoja verde. En la cavidad 1325 se dispone de una barra agitadora magnética, la cual interacciona con los electroimanes 1330 y 1332. Si bien en la Figura 38 solamente se muestran dos electroimanes, preferiblemente se utilizan al menos cuatro electroimanes para controlar a la barra agitadora 1334. En la Figura 39 se muestra, de manera esquemática, una vista superior de la capa 1314. Debajo de la cavidad 1325 se disponen, de manera simétrica, cuatro electroimanes 1330-1333.

En esta configuración, la barra de agitación magnética 1334 puede ser hecha girar haciendo ``girar'' a la corriente suministrada a los electroimanes 1330-1333. Por ejemplo, el incremento en la corriente a los electroimanes 1330 y 1332, al tiempo reducir la corriente eléctrica a los electroimanes 1331 y 1333, provoca el que la barra de agitación magnética 1334 gire hasta alinearse a si misma con los electroimanes 1330 y 1332. Seguidamente, la disminución de la corriente hacia los electroimanes 1330 y 1332, al tiempo que incrementa la corriente eléctrica hacia los electroimanes 1331 y 1333 provoca el que la barra de agitación magnética 1334 gire hasta alinearse a si misma con los electroimanes 1331 y 1333. La particularidad de que la barra de agitación magnética 1334 gire de esta manera crea un flujo turbulento en el fluido en la cavidad 1325, viéndose afectado como consecuencia el mezclado satisfactorio.

La barra de agitación magnética 1334 puede ser añadida a la cavidad 1325, con anterioridad a la aplicación de las capas 1302 y 1304, utilizando un equipo de fabricación ``elige y coloca'' convencional. De manera adicional, la barra de agitación magnética 1334 debería ser más larga que los canales 1326 y 1328, a los efectos de que una vez cocido el dispositivo 1300, la barra de agitación magnética 1334 permanezca atrapada dentro de la cavidad 1325.

Otra clase importante de componentes para controlar el movimiento del fluido comprende componentes que actúan como válvulas. Debido a las muy pequeñas dimensiones de los canales típicos en los dispositivos para microfluidos de capas múltiples de la presente invención, la interacción del fluido con las paredes de los canales se convierte en un efecto muy significativo. Por consiguiente, pueden proporcionarse válvulas a modo de paradas capilares en el pasillo del fluido. Una parada capilar habitual comprende una discontinuidad o una no uniformidad en el camino de paso fluido, la cual, debido a la acción capilar del fluido, bloquea sustancialmente el flujo de fluido a presiones bajas, pero permite el flujo de fluido a presiones elevadas. Una de las estructuras más simples que puede actuar como parada capilar es una discontinuidad que comprende un cambio abrupto y sustancial en el tamaño del canal. Este tipo de discontinuidad es a menudo denominada una interrupción capilar. En la Figura 40 se muestra la capa 1500, que forma parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples, incluyendo dicha capa un interruptor capilar 1502. De manera específica, el interruptor capilar 1502 es la discontinuidad que se genera cuando un canal estrecho 1504 se une a un canal grande 1506. Por ejemplo, el canal estrecho 1504 puede tener una anchura de 5 mils (0,127 milímetros) y el canal amplio 1506 una anchura de 15 mils (0,381 milímetros).

El interruptor capilar 1502 funciona del siguiente modo. Cuando se introduce fluido en el canal ancho 1506, a baja presión, la acción capilar evita sustancialmente que el fluido fluya hacia el canal estrecho 1504. No obstante, cuando la presión aplicada al fluido en el canal ancho 1506 sobrepasa un valor inicial, la acción capilar del fluido en la interrupción capilar 1502 deviene insuficiente para retener al fluido, con el resultado de que el fluido fluye entonces hacia el canal estrecho 1504.

Las paradas capilares pueden adoptar también la forma de discontinuidades en la energía de superficie de las paredes de los pasillos de fluido. En particular, la mayoría de los materiales de vidrio, de vidrio-cerámica y de cerámica, utilizados habitualmente en las capas de hoja verde son hidrófilos. No obstante, a las superficies del pasillo de fluido pueden aplicarse materiales hidrófobos, con la finalidad de definir regiones hidrófobas dentro de los caminos de paso de fluido. Entre los materiales hidrófobos pueden incluirse compuestos de organo-silicio y agentes acopladores de titanato y de silano. No obstante, debido a la particularidad de que estos materiales tienen una baja temperatura de descomposición, los mismos no pueden ser habitualmente cocidos conjuntamente con el resto del dispositivo.

Los materiales hidrófobos preferidos son determinados materiales de vidrio-cerámica hidrófobos, ya que estos pueden ser cocidos conjuntamente y sinterizados con las capas de hoja verde para proporcionar regiones hidrófobas dentro de los caminos de paso del fluido. Los materiales de vidrio-cerámica preferidos contienen el mineral humita norbergita (Mg_{2}SiO_{4}.MgF_{2}), como principal fase cristalina y son descritos en el documento de patente US Nº. 4.118.237, el cual es incorporado al presente texto a título de referencia. Para definir regiones hidrófobas, pueden añadirse, mediante impresión por serigrafía pastas de película gruesa que contienen partículas de estos materiales de vidrio-cerámica hidrófobos a los caminos de paso del fluido.

En la Figura 41 se muestra parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples 1600, compuesto de las capas 1602-1612. En la capa 1606 se forma un canal 1614, una entrada de fluido 1616 comprende vías superpuestas formadas en las capas 1602 y 1604, y una salida de fluido 1618 también comprende vías superpuestas formadas en capas 1602 y 1604. En el canal 1614 se dispone una región hidrófoba. La región hidrófoba 1620 se forma preferiblemente mediante la impresión por serigrafía de una pasta de película gruesa que contiene un material de tipo vidrio-cerámica sobre la capa 1608, antes de la laminación y después de la cocción conjunta, con la finalidad de que el material hidrófobo sea sinterizado a la capa 1608.

La región hidrófoba 1620 actúa como una parada capilar. Cuando se aplica el fluido al canal 1614, desde la entrada de fluido 1616, a una presión baja, el fluido no sobrepasa la región hidrófoba 1620, como consecuencia de la discontinuidad en la energía de superficie. No obstante, si la presión aplicada al fluido excede de un valor mínimo, el fluido resulta capaz de sobrepasar la región hidrófoba 1620 y salir a través de la salida 1618.

Utilizando un par de regiones hidrófobas oponentes en un canal puede proporcionarse incluso una mejor capacidad de detención capilar. Por ejemplo, en la Figura 42 se muestra una parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples 1630, que tiene un canal 1632, en el cual se disponen un par de regiones hidrófobas oponentes 1634 y 1636. Las regiones hidrófobas 1634 y 1636 se forman preferiblemente mediante la impresión por serigrafía de una pasta de película gruesa hidrófoba conteniendo vidrio-cerámica sobre las capas 1638-1640, las cuales definen las paredes del fondo y superior del canal 1632, respectivamente.

Las regiones hidrófobas pueden ser también proporcionadas en canales verticales. En la Figura 43 se muestra parte de un dispositivo para microfluidos de capas múltiples 1650, formado a partir de las capas 1652-1662. En las capas 1652-1656 se forma un canal vertical 1664 y en la capa 1658 se forma un canal horizontal 1666. Una región hidrófoba 1668, que comprende un material hidrófobo sinterizado a la capa 1654, rodea formando un círculo parte del canal vertical 1664 para proporcionar una parada capilar.

El procedimiento para formar la región hidrófoba 1668 se muestra, de manera esquemática, en la Figura 44. Inicialmente, se forma una vía sobredimensionada 1702 en la capa de hoja verde 1654. La vía 1702 es rellenada, por ejemplo mediante impresión por serigrafiado, con una pasta de película gruesa 1704. La pasta de película gruesa 1704 contiene partículas de un material vidrio-cerámico hidrófobo dispersadas en un aglomerante precursor. El aglomerante precursor puede ser polimerizado; ya sea térmicamente, mediante la aplicación de una temperatura situada en la banda de 60 a 75ºC, o mediante exposición a la luz ultravioleta. Preferiblemente, el aglomerante precursor contiene monómeros acrílicos. La polimerización del aglomerante precursor solidifica la pasta de película gruesa para proporcionar un tapón hidrófobo 1706, dentro de una capa de hoja verde 1654. A través del tapón hidrófobo 1706 se forma entonces una vía 1708. La capa 1654 es entonces laminada con las otras capas e inflamada. Como resultado de la cocción, el tapón hidrófobo 1706 se convierte en la región hidrófoba 1668 sinterizada a la capa 1654, y la vía 1708 define parte del canal vertical 1664.

Debe darse por entendido que diversas visiones de los dispositivos para microfluidos de capas múltiples de la presente invención proporcionados en el presente texto pretenden ilustrar de una manera individual diversos componentes que pueden ser incluidos en un dispositivo operativo. Por consiguiente, los dispositivos para microfluidos de capas múltiples de la presente invención pueden incluir diversas combinaciones y disposiciones de los componentes básicos mostrados en el presente documento, en función de las aplicaciones particulares del dispositivo.

Además, si bien en el presente documento se han mostrado y descrito diversas realizaciones, debe darse por entendido que pueden efectuarse diversas modificaciones y sustituciones de las realizaciones precedentes por parte de los expertos en la materia, sin apartarse del campo de protección de la invención.

Claims

1. Procedimiento para fabricar una estructura sustancialmente monolítica a partir de una pluralidad de capas de hoja verde, incluyendo dicha pluralidad de capas de hoja verde al menos una primera capa y una segunda capa, teniendo dicha pluralidad de capas de hoja verde un aglomerante polimérico, comprendiendo el procedimiento las etapas de:

(a): aplicar un adhesivo a una primera superficie de dicha primera capa, incluyendo dicho adhesivo un polímero adhesivo diferente del citado aglomerante polimérico, descomponiéndose dicho polímero adhesivo a una temperatura más elevada que la del citado aglomerante polimérico;

(b): superponer dicha pluralidad de capas de hoja verde para formar una estructura de hoja verde de capas múltiples, interponiéndose el citado adhesivo entre dicha primera superficie de dicha primera capa y una segunda superficie de dicha segunda capa;

(c): repetir, opcionalmente, las etapas (a) y (b) para añadir capas de hoja verde adicionales a dicha estructura de hoja verde de capas múltiples.

(d): cocer dicha estructura de hoja verde de capas múltiples durante un período de tiempo predeterminado, para alcanzar una temperatura de sinterización predeterminada, formándose como consecuencia dicha estructura sustancialmente monolítica.

2. Procedimiento para fabricar una estructura sustancialmente monolítica a partir de una pluralidad de capas de hoja verde, incluyendo dicha pluralidad de capas de hoja verde al menos una primera capa y una segunda capa, teniendo dicha pluralidad de capas de hoja verde un aglomerante polimérico, comprendiendo el procedimiento las etapas de:

(a): aplicar un adhesivo a una primera superficie de dicha primera capa, incluyendo el citado adhesivo un polímero adhesivo diferente del citado aglomerante polimérico;

(b): superponer dicha pluralidad de capas de hoja verde para formar una estructura de hoja verde de capas múltiples, interponiéndose dicho adhesivo entre la citada primera superficie de dicha primera capa y una segunda superficie de dicha segunda capa; y

(d): laminar dicha estructura de hoja verde de capas múltiples, a una presión situada por debajo de los 172,4 bares (2500 psi); y

(e): cocer dicha estructura de hoja verde de capas múltiples durante un período de tiempo predeterminado, para alcanzar una temperatura de sinterización predeterminada, formándose como consecuencia dicha estructura sustancialmente monolítica.

3. Procedimiento de la reivindicación 2, en donde dicha presión de la etapa (d) es inferior a 69 bares (1000 psi).

4. Procedimiento de la reivindicación 2, en donde dicha presión de la etapa (d) es inferior a 20,7 bares (300 psi).

5. Procedimiento de la reivindicación 2, en donde dicha presión de la etapa (d) es inferior a 6,9 bares (100 psi).

6. Procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde dicho polímero adhesivo tiene una temperatura de semi-descomposición que es más elevada que la temperatura de semi-descomposición de dicho aglomerante polimérico.

7. Procedimiento de la reivindicación 6, en dicho polímero adhesivo tiene una temperatura de semi-descomposición que es 25 a 100ºC más elevada que la temperatura de semi- descomposición de dicho aglomerante polimérico.

8. Procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde dicho polímero adhesivo tiene una temperatura de velocidad de descomposición máxima que es más elevada que la temperatura de velocidad de descomposición máxima de dicho aglomerante polimérico.

9. Procedimiento de la reivindicación 8, en donde dicho polímero adhesivo tiene una temperatura de velocidad de descomposición máxima que es 25 a 100ºC más elevada que la temperatura de velocidad de descomposición máxima de dicho aglomerante polimérico.

10. Procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde dicho polímero aglutinante sufre descomposición térmica, predominantemente por medio de apertura y dicho polímero adhesivo sufre descomposición térmica, predominantemente por escisión aleatoria.

11. Procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde dicho polímero adhesivo incluye un polímero que tiene un grupo con cadena principal de etileno.

12. Procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde dicho polímero adhesivo incluye un polímero seleccionado de entre el grupo que consiste en acetato de vinilo-etileno y copolímero acrílico etileno-vinilo.

13. Procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en donde dicho aglomerante polimérico incluye un polímero seleccionado de entre el grupo que consiste en polímeros acrílicos y copolímeros acrílicos.