ES2327231T3 - Control microfluidico integrado que emplea accionadores tactiles programables. - Google Patents

Abstract

Un dispositivo microfluídico que comprende un sustrato que tiene en él al menos un espacio vacío (3) cuya forma y/o volumen se desean alterar, dicho espacio vacío definido en un lado del mismo por una capa de elastómero deformable (4), y un accionador táctil (6, 7) accesible electrónicamente próximo a un lado de dicha capa de elastómero alejada de dicho espacio vacío, teniendo dicho accionador táctil una pluralidad de salientes extensibles accesibles individualmente separados, al menos uno de los cuales, cuando es accionado, se apoya sobre dicha capa de elastómero deformable, deformando dicha capa, y alterando la forma y/o volumen de dicho espacio vacío.

Description

Control microfluídico integrado que emplea accionadores táctiles programables.

Antecedentes del invento 1. Campo del invento

El presente invento está dirigido a dispositivos microfluídicos activos.

2. Técnica anterior

Los dispositivos microfluídicos son dispositivos en miniatura que contienen generalmente una pluralidad de microcanales, depósitos, etc., interconectados, de muy pequeño tamaño. Los microcanales pueden tener corrientemente dimensiones de anchura y altura de 10 \mum a 300 \mum, por ejemplo, aunque son posibles también menores y mayores dimensiones. Como un propósito para la miniaturización y la reducción de costes, es deseable construir dispositivos "con un laboratorio en un chip" que contienen todas las funciones necesarias con la excepción de la alimentación de fluido externo, y la alimentación de energía eléctrica, magnética o neumática cuando sea apropiado.

Ejemplos de dispositivos microfluídicos incluyen micro citómetros de flujo como se ha descrito en K. Kurabayashi y col., "Citómetros de Flujo y Sistema de Detección de Menor Tamaño", solicitud de PCT publicada nº WO 03/008937 A2 y clasificadores de esperma motil como se ha descrito en S. Takayama, y col., "Proceso para Clasificar Partículas Motiles a partir de Partículas Motiles Menores y Aparato Adecuado para Ello" presentada el 27 de febrero de 2003 bajo el número de serie nº 10/375.373, en la Oficina de Patentes y Marcas de los Estados Unidos de Norteamérica. Sin embargo, otros numerosos dispositivos microfluídicos están descritos en la literatura, y se han propuesto un número creciente de aplicaciones diferentes, incluyendo microrreactores químicos, microcarburadores, microespectrofotómetros, y dispositivos para la clasificación de células, el crecimiento de células, etc. Un nuevo sistema de bombeo accionado por gravedad de flujo constante está descrito en S. Takayama y col., "Bomba Microfluídica de Flujo por Gravedad con Caudal Constante", solicitud de PCT publicada nº WO 03/008102 A1 presentada el 18 de julio de 2002,
bajo el número de serie nº 10/198.477, en la Oficina de Patentes y Marcas de los Estados Unidos de Norteamérica.

En dispositivos simples, el flujo de gas o líquido a través de los distintos canales de flujo puede ser iniciado y controlado por dispositivos externos tales como jeringuillas, pipetas, microbombas, etc. Sin embargo, la complejidad creciente de tales dispositivos, la necesidad de bombear fluidos "sobre el chip", la necesidad de parar, poner en marcha, o regular la circulación, y la necesidad de variar la conductividad entre canales ha creado el deseo de incorporar dispositivos activos "sobre el chip". Desgraciadamente, los intentos anteriores para incorporar válvulas y bombas activas han creado enormes dificultades con respecto a la fabricación de los dispositivos, y a menudo han requerido que los dispositivos activos sean conectados con auxiliares de activación o excitación macroscópicos tales como tubería de alimentación neumática, etc.

Por ejemplo, el grupo Quake ha descrito sistemas microfluídicos integrados tales como clasificadores de células con una agrupación de más de 2000 depósitos de fluido accesibles individualmente. Sin embargo, aunque el número de canales no está limitado, el número de componentes accionados individualmente está limitado debido a la necesidad de conectar cada canal de control neumático a tubos de alimentación de aire macroscópicos. Para compensar, se ha propuesto un esquema complejo de activación del grupo. Sin embargo, este esquema es incapaz de acceder individualmente a las zonas de control. Además, tales dispositivos son difíciles de fabricar. Véase, por ejemplo, SCIENCE, Enero de 2002, 295, páginas 647-651, Thorsen y col., Integración Microfluídica a Gran Escala, SCIENCE, Octubre de 2002, 298, págs. 580-584, y MEMS, Junio de 2000, 9, págs. 190-197. Estos dispositivos son complejos y costosos de fabricar.

Unas bombas neumáticas peristálticas han sido descritas por M.A. Unger y col., SCIENCE 2000, 288, pág. 113, en la que pasos neumáticos sucesivos atraviesan un microcanal en ángulo recto, y se bombea fluido a través del microcanal por aplicación sucesiva. Una vez más, se requiere una alimentación de energía macroscópica, y el dispositivo resulta rápidamente complejo cuando se requieren múltiples bombas y/o múltiples canales.

Es bien conocido que ciertos tipos de cultivos de células, crecimiento de embriones, etc. requieren un entorno cambiante. Este entorno cambiante se mimetiza con el cultivo en vivo, y puede incluir cambiar las concentraciones de nutrientes, factores de crecimiento, vitaminas, etc., cambiar el pH, presencia o ausencia de inhibidores de crecimiento, etc. El entorno cambiante puede ser también un cambio en el caudal de fluido y o una fluctuación periódica de la circulación de fluido. Cambiar tales factores es típicamente muy complejo.

Compendio del invento

El presente invento emplea una pantalla de presentación táctil activada electrónicamente y accesible para servir como accionadores de componentes en dispositivos microfluídicos. La pantalla de presentación táctil puede ser ventajosamente externa al dispositivo microfluídico de tal modo que no se requieran conectores macroscópicos. Las válvulas, el bombeo, el mezclado, el aplastamiento de células, y otras funciones son fácilmente realizadas a bajo coste incluyendo múltiples válvulas, y bombas y mezcladores.

Breve descripción de los dibujos

La fig. 1 ilustra una realización del presente invento que emplea un accionador táctil externo, no integral;

Las figs. 2a a 2c ilustran la acción del dispositivo de la fig. 1;

La fig. 3 ilustra un dispositivo microfluídico que emplea accionadores táctiles para seleccionar o controlar el flujo de entrada y bombear o mezclar fluidos;

La fig. 4 ilustra un canal microfluídico que tiene vacíos que flanquea para facilitar la restricción del canal por un accionador táctil;

La fig. 5 ilustra un dispositivo integral que emplea dos agrupaciones de sensores accionadores táctiles.

La fig. 6 ilustra un dispositivo ensamblado de la fig. 5; y

La fig. 7 ilustra una acción mediante válvulas en un dispositivo no integral producido desplegando el texto sobre un dispositivo de presentación Braille.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

Los dispositivos microfluídicos del presente invento contienen microcanales cuyas características de flujo han de ser variadas activamente, formados de un material elastómero comprimible o distorsionable. Así, se prefiere que sustancialmente el dispositivo microfluídico completo sea construido de un material elastómero flexible tal como un elastómero de organopolisiloxano ("PDMS"), como se ha descrito a continuación. Sin embargo, el sustrato del dispositivo puede ser también construido de un material duro, es decir, no elástico sustancialmente, en partes en las que no se desea el controla activo, aunque tal construcción generalmente implica una complejidad y gastos de construcción añadidos. Los dispositivos generalmente planos contienen preferiblemente un soporte rígido de vidrio, sílice, plástico rígido, metal, etc. en un lado del dispositivo para proporcionar un soporte adecuado, aunque en algunos dispositivos, el accionamiento desde ambas superficies principales puede requerido que estos soportes estén ausentes, o estén posicionados alejados del propio dispositivo de elastómero.

Los dispositivos microfluídicos del presente invento contienen al menos una parte activa que altera la forma y/o volumen de cámaras o pasos ("espacio vacío"), particularmente capacidades de circulación de fluido del dispositivo. Tales partes activas incluyen, sin limitación, partes de mezclado, partes de bombeo, partes de válvulas, partes de flujo, partes de selección de canal o deposito, partes de aplastamiento de células, partes de desatascamiento, etc. Estas partes activas inducen todas algún cambio en la circulación de fluido, características de fluido, características de canal o de depósito, etc. ejerciendo una presión sobre las parte relevantes del dispositivo, y alterando así la forma y/o volumen del espacio vacío que constituye estas características. El término "espacio vacío" se refiere a la ausencia de material de sustrato. En uso, el espacio vacío está usualmente lleno con fluidos, microorganismos, etc.

Las partes activas del dispositivo son accionables por presión para cerrar sus canales respectivos o para restringir el área en sección transversal de los canales para lograr el control activo deseado. Para conseguir este propósito, los canales, depósitos, etc., son construidos de tal forma que la presión modesta desde el exterior del dispositivo microfluídico hace que los canales, depósitos, etc. ("características microfluídicas") se compriman, ocasionando la restricción local o el cierre total de la característica respectiva. Para lograr este resultado, las paredes dentro del plano del dispositivo que rodean la característica son preferiblemente de elastómero, y las superficies externas (por ejemplo, en un dispositivo plano, una superficie exterior principal) son necesariamente de elastómero, de tal modo que una menor cantidad de presión hace que la superficie externa y opcionalmente las paredes de la característica interna se deformen, o bien reduciendo el área en sección transversal en este punto o bien cerrando completamente la característica.

La presión requerida para "activar" la parte o partes activas del dispositivo es suministrada por un dispositivo táctil externo tal como se usa en pantallas de presentación Braille recargables. El accionador táctil contacta con la parte activa del dispositivo, y cuando es excitado, se extiende y presiona sobre el elastómero deformable, restringiendo o cerrando la característica en la parte activa. Esta acción puede ser ilustrada con referencia a las figs. 1, 2a, 2b, y 2c.

La fig. 1 ilustra un dispositivo microfluídico 1 que tiene un canal 3 en un sustrato 10 de material elastómero, en cuya parte superior hay una cubierta de elastómero 4. Contactando con la superficie de la parte superior 5 de la cubierta hay un dispositivo táctil 6, que tiene un accionador táctil 7 extensible hacia abajo por aplicación de una señal de accionamiento a través de los cables 8, 9. En la fig. 2a, se ha ilustrado el dispositivo de la fig. 1 en sección transversal a través 2-2, es decir, en un plano que contiene el accionador táctil. El canal 3 en la fig. 2a se ha mostrado sin obstruir, es decir, el activador táctil no ha sido excitado.

En la fig. 2b, una vista agrandada a través de 2-2 de la fig. 1, el activador táctil ha sido parcialmente excitado, con el resultado de que sobresale lejos del dispositivo táctil 6, ejerciendo presión sobre la superficie superior 5 del dispositivo, y deformando la cubierta 4 y las paredes 11 del canal 3. Como resultado, la sección transversal del canal es disminuida, y pro consiguiente el flujo es restringido. Una parte del canal 3 ha sido cerrada por la protuberancia 12 del activador táctil excitado. En tales dispositivos, el material elastómero que rodea la característica, aquí el canal 3, puede ser, si se desea, restringido a la cubierta de elastómero 4. En otras palabras, las paredes del canal que están dentro del substrato 10 pueden ser rígidas, es decir, de sílice micro mecanizada, silicio, vidrio, plástico duro, metal, etc. La parte de elastómero flexible está restringida en esta realización a la cubierta.

En la fig. 2c, el accionador es además excitado ("completamente"), como resultado de que el canal 3 está completamente obstruido. En este caso, el accionador táctil sirve como una válvula de encendido/apagado en vez de como un controlador de flujo ajustable.

En las realizaciones mostradas, en ve de cerrar o restringir una característica al ser excitado, el accionador táctil puede ser fabricado en una posición extendida, que se retrae al excitarlo, o puede aplicarse al dispositivo microfluídico en un estado excitado, cerrando o restringiendo el paso, abriendo además el paso al ser desexcitado.

Una mejora significativa en el rendimiento, no sólo de los dispositivos objeto del invento, sino de otros dispositivos microfluídicos que usan presión, es decir, presión neumática, para activar características del dispositivo, puede ser conseguida moldeando el dispositivo para incluir uno o más vacíos adyacentes a las paredes de los canales. Estos vacíos permiten un cierre o deformación más completa de la característica respectiva. Un ejemplo de tal construcción está mostrado en la fig. 3. En la fig. 3, el dispositivo, mostrado desde arriba en planta con la cubierta de elastómero (4 en la fig. 1) retirada, un canal 20 es alimentado con fluido procedente de depósitos de suministro 21, 22 a través de canales de suministro "activos" 23, 24. El fluido procedente del canal 20 sale al depósito de salida 25. Cinco partes activas están mostradas en el dispositivo en 26, 27, 28, 29, y 30. En las partes activas 27 a 30, los canales respectivos (24, 20) están flanqueados por vacíos 27a y 27b, 28a y 28b, 29a y 29b, y 30a y 30b. La parte activa 26 está flanqueada por un vacío 26a. Los círculos de trazos en las partes activas indican donde será excitado el accionador táctil para restringir o cerrar el canal en estos puntos.

En la fig. 4, están mostrados el canal 24 y la parte activa 27 en un plano ortogonal a la longitud de canal, en este caso con la cubierta 4 y el dispositivo táctil 6 y el activador táctil 7 en su sitio. Cuando el accionador 7 sobresale hacia abajo, las paredes 27c, 27d y sus vacíos de flanqueo 27a y 27b pueden deformarse, permitiendo para una flexión aumentada en estas partes activas.

La fig. 3 también ilustra una bomba peristáltica hecha posible por el uso de tres partes activas en serie, es decir, partes activas 28, 29, y 30. Accionando sucesivamente de un extremo a otro, la acción de bombeo puede ser obtenida en cualquier sentido. Haciendo funcionar cíclicamente la acción de bombeo hacia atrás y hacia adelante, o excitando las partes activas en un diseño alternativo, puede mantenerse una acción de mezclado en vez de una acción de
bombeo.

Los accionadores preferidos en el momento actual son dispositivos de presentación Braille programables tales como los disponibles comercialmente previamente en Telesensory como la pantalla de presentación Braille de Navigator® con software Gateway^{TM} que traduce directamente el texto de la pantalla a código Braille. Estos dispositivos consisten generalmente de una cadena lineal de celdas de "8 puntos", cada célula y cada "punto" de célula de la cual es individualmente programable. Tales dispositivos son usados por los discapacitados visuales para convertir una fila de texto a símbolos Braille, una fila a la vez, por ejemplo para "leer" un mensaje de texto, un libro, etc. Estos dispositivos son preferidos actualmente debido a su disponibilidad comercial inmediata. Las partes activas del dispositivo microfluídico están diseñadas de tal forma que serán posicionables por debajo de "puntos" accionables respectivos o salientes sobre la pantalla de presentación Braille. Las pantallas de presentación Braille están disponibles en Handy Tech, Blazie, y Alva, entre otros proveedores.

Sin embargo, para aumentar la flexibilidad, es posible proporcionar una disposición rectangular regular utilizable con una pluralidad de dispositivos microfluídicos, teniendo por ejemplo un 10 x 10, 16 x 16, 20 x 100, 100 x 100, u otra agrupación. Cuanto menor es la separación y mayor el número de salientes extensibles programables, mayor es la flexibilidad en diseño de los microdispositivos. La producción de tales dispositivos sigue los métodos de construcción conocidos en la técnica. La accesibilidad también sigue los métodos tradicionales. Agrupaciones no regulares, es decir en diseños que tienen accionadores sólo cuando se desea también son posibles. Los pines de accionamiento pueden ser usados como se ha descrito en la patente norteamericana nº 5.842.667, incorporada aquí como referencia.

También pueden construirse dispositivos que integran accionadores táctiles con el dispositivo microfluídico. Los accionadores están aun situados exteriormente al propio dispositivo microfluídico, pero unidos o adjuntos a ellos para formar un todo integrado. Por ejemplo, la patente norteamericana nº 5.580.251 describe un dispositivo de presentación Braille que tiene una pluralidad de cavidades que tienen un electrodo positivo y uno negativo, las cavidades llenadas con un gel orgánico polar mantenido en la cavidad por una película de elastómero plana. Durante la aplicación de un diferencial de tensión entre los electrodos, el gel en la cavidad se expande para levantar un hoyuelo en la película de elastómero. Tales dispositivos de accionamiento táctil pueden ser construidos de vidrio con cavidades cilíndricas revestidas con metal, coronadas por una lámina superior de vidrio o plástico rígido que está provista de electrodos metálicos que estarán situados en los extremos de las cavidades cilíndricas (pero sin tocar los electrodos cilíndricos revestidos con metal). La cavidad es llenada con un gel orgánico polar tal como un gel de poliacrilamida. La película de elastómero que realza los salientes durante la activación puede ser una película de silicona elastómera, y puede formar la película de elastómero 4 (fig. 1) de los dispositivos microfluídicos en cuestión.

Un dispositivo accionador táctil algo más complicado ha sido ilustrado por la patente norteamericana nº 5.496.174 que emplea una acumulación de un fluido electrorreológico. Tales dispositivos son más susceptibles a dispositivos de accionamiento táctil separados en vez de a dispositivos de accionamiento integrales. La patente norteamericana nº 5.718.588 describe un dispositivo tipo Braille electromecánico simple que emplea alambres de memoria de forma para desplazamiento entre partes "conectadas" y "desconectadas". Cualquier dispositivo conocido o dispositivo que aún ha de ser desarrollado puede ser usado apropiadamente, especialmente los que emplean fluidos o geles de trabajo electrorreológicos o magnetorreológicos. Se ha descrito un dispositivo Braille accionado neumáticamente en la patente norteamericana nº 6.354.839. El uso de estructuras tipo "bobinas de voz", especialmente las que emplean imanes permanentes fuertes también es también considerado. Otros dispositivos que emplean aleaciones de memoria de forma y láminas de polímero intrínsicamente conductoras, están descritas respectivamente en las patentes norteamericanas nº 5.685.721 y nº 5.766.013. Los ingenieros eléctricos expertos en la técnica pueden fabricar fácilmente tales dispositivos.

Un ejemplo de un dispositivo totalmente integrado está ilustrado por la fig. 5, compuesto de nueve capas y cinco subconjuntos. El propio dispositivo microfluídico 40 es colado en una sola capa de elastómero, en este caso de un espesor correspondiente a la altura de canal deseada, por ejemplo 30 \mum. Dos depósitos de entrada 41 y 42 alimentan a través de canales de entrada 43 y 44 a un canal central 45, que termina en el depósito de salida 46. Se han mostrado cuatro partes activas, una en cada canal de entrada, que permiten el control de flujo de cada canal 43, 44, incluyendo conmutación entre canales, y otras dos partes activas a lo largo del canal central 45, que puede ser impulsado alternativamente para mezclar la corriente de fluido en el canal, para aplastar células en el canal, etc. Cada una de las partes activas del dispositivo 40 puede ser identificada por los vacíos de flanqueo opcionales 48 en las partes activas. Los depósitos, canales, y vacíos en esta realización se extienden a través del espesor completo del dispositivo de una sola capa 40. Sin embargo, también son útiles dispositivos de múltiples capas.

El dispositivo 40 posicionable en la parte superior es un subconjunto 50, que consiste de una sustancia rígida, por ejemplo un sustrato 51 de vidrio, cerámica, o de plástico rígido, y capa de elastómero 52. El subconjunto 50 contiene tres agujeros pasantes 53, 54, y 55, que pueden comunicar con los depósitos 42, 41, y 46, respectivamente, cuando las capas son combinadas. El subconjunto 50 también contiene cuatro cavidades o pozos, 56, 57, 58, y 59 que se extienden a través del sustrato 51 pero no de la película de elastómero 52. Las superficies interiores 56a a 59a están revestidas de metal para servir como un electrodo accionador. Estos electrodos están corrientemente conectados por lámina o traza metálica 59b, que sirve como una alimentación de tensión común para todas las cavidades. Las cavidades, antes del ensamblaje final, serán llenadas con fluido o gel polar orgánico como se ha descrito previamente.

El subconjunto 60 consiste de una cubierta rígida 61 y un cierre hermético 62 aislante de elastómero. Tanto la cubierta 61 como el cierre hermético 62 son perforados por agujeros pasantes 63, 64, y 65, que cuando están ensamblados, permiten la comunicación a través de los agujeros correspondientes 53, 54, 55 en el subconjunto 50, y en última instancia con los depósitos 42, 41, y 46 en el dispositivo microfluídico. La combinación de estos permite que los depósitos de fluido sean llenados o vaciados, por ejemplo mediante una jeringuilla, etc. Extendiéndose hacia abajo desde la cubierta rígida 61 y a través del cierre hermético 62 hay botones de electrodo 66, 67, 68, y 69, y en comunicación eléctrica con estos electrodos pero entre el cierre hermético 62 y la cubierta rígida 61, hay trazas conductoras 66a, 67a, 68a, y 69a.

El subconjunto 70 es sustancialmente una imagen especular del subconjunto 50, pero no contiene agujeros pasantes para comunicación con el depósito. Las diferentes características están etiquetadas como en el subconjunto 50. La traza conductora es desplazada de la del subconjunto 50 de modo que los accionadores respectivos pueden ser controlados independientemente.

El subconjunto 80 es sustancialmente una imagen especular del subconjunto 60, pero de nuevo no hay previstos agujeros pasantes para comunicación con el depósito. Una parte del número total de conectores de pin descendentes 71, 72 está mostrada en los subconjuntos 70, 80. Unos conectores correspondientes son usados para conectar con las trazas eléctricas de los subconjuntos 50, 60, pero están omitidos por motivos claridad. Los electrodos 86, 87, 88, y 89 permiten el accionamiento individual de los salientes extensibles.

La fig. 6 ilustra la apariencia de un dispositivo completado, con conectores de fluido 91, 92, 93 unidos a la cubierta 61 para facilitar el suministro de fluido al depósito. Los conectores de pin descendentes sobre el lado posterior del dispositivo no son observables en esta vista. El dispositivo completo puede ser encapsulado con resina termoendurecible, como es común para circuitos integrados, dejando sólo conectores de fluido 91, 92, 93 y conectores eléctricos 71, 72 que se extienden fuera del dispositivo integrado.

El dispositivo integrado de las figs. 5 y 6 puede también ser creado en componentes separados. En tal caso, los conjuntos de accionador, es decir los subconjuntos 50, 60 y 70, 80 pueden ser preparados como unidades separadas. En tal caso, el dispositivo microfluídico 40 será coronado, en la parte superior y en la inferior, con una capa de elastómero adicional. El uso de tales estructuras no integrales permite que partes del accionador sean reutilizadas repetidamente, reemplazando sólo las capas del dispositivo microfluídico.

Dispositivos de presentación Braille adecuados para uso no integral están disponibles en Handy Tech Electronik GmbH, Horb, Alemania, como el Graphic Window Professional^{TM} (GWP), que tiene una matriz de 24 x 16 pines táctiles. Dispositivos de presentación neumáticos accionados por microválvulas han sido descritos por Orbital Research, Inc. mencionada para reducir el coste de células táctiles Braille de 70 Dólares norteamericanos por célula a razón de aprox. 5-10 Dólares/célula. Los accionadores piezoeléctricos son también utilizables, por ejemplo en dispositivos como se ha mostrado en las figs. 5 y 6, donde un elemento piezoeléctrico reemplaza el fluido electrorreológico, y el posicionamiento del electrodo es alterado consiguientemente.

Los dispositivos microfluídicos del presente invento tiene muchos usos. En el crecimiento de células, los nutrientes suministrados pueden necesitar ser variados para simular la disponibilidad en sistemas vivos. Previendo varios canales de suministro con partes activas para cerrar o restringir los distintos canales, el suministro de nutriente y otros fluidos puede ser variado a voluntad. Un ejemplo es un sistema de andamiaje tridimensional para crear tejido óseo, el andamiaje alimentado por distintos nutrientes procedentes de depósitos, acoplado con bombeo peristáltico para simular la circulación natural.

Otra aplicación implica el aplastamiento de células. Las células puede ser aplastadas transportándolas en canales a través de partes activas y accionando el cierre del canal para aplastar las células que fluyen a través de los canales. La detección de células puede ser conseguida, por ejemplo, por técnicas de citometría de flujo usando dispositivos microfluídicos transparentes y detectores adecuados. Embeber fibras ópticas en distintos ángulos con respecto al canal puede facilitar la detección y activación de los activadores apropiados. Técnicas de detección similares, acopladas con el uso de válvulas para variar la entrega desde un canal a diferentes zonas de recogida o depósitos respectivos pueden ser usadas para clasificar embriones y microorganismos, incluyendo bacterias, hongos, algas, levaduras, virus, células de esperma, etc.

El crecimiento de embriones requiere generalmente un canal o cámara de crecimiento que es capaz de acomodar el embrión y permitir su subsiguiente crecimiento. Tales canales profundos no pueden ser cerrados efectivamente, sin embargo. Un dispositivo microfluídico capaz del crecimiento del embrión puede ser fabricado por fotolitografía de multiexposición, usando dos máscaras. En primer lugar, un canal grande, un tanto rectangular (200 \mum de anchura x 200 \mum de profundidad), opcionalmente se ha fabricado una cámara de crecimiento en un extremo con una profundidad mayor de 200 \mum por una longitud de 300 \mum y por una anchura de 300 \mum. Mezclándose con el canal de 200 \mum x 200 \mum hay un canal menor con una profundidad de aprox. 30 \mum, capaz de cerrar fácilmente por un pin Braille. Saliendo de la cámara de crecimiento bulboso hay uno o más canales finos (30 \mum). En funcionamiento, el embrión y el medio son introducidos en el canal grande y se desplazan a la cámara de crecimiento bulboso. Debido a que los canales de salida desde la cámara de crecimiento son muy pequeños, el embrión es atrapado en la cámara. Los canales de mezclado y los canales de salida pueden ser usados para suministrar nutrientes, etc., de cualquier manera, es decir, de modo continuo, pulsatorio, de flujo inverso, etc. El embrión puede ser estudiado por métodos espectroscópico y/o microscópico, y puede ser retirado separando la capa de elastómero que cubre el cuerpo de PDMS que aloja los distintos canales.

La construcción de dispositivos fluídicos es preferiblemente realizada por técnicas de litografía suave, como se ha descrito, por ejemplo por D.C. Duffy y col., Construcción de Prototipos Rápida de Sistemas Microfluídicos en Poli(dimetilsiloxano), ANALYTICAL CHEMISTRY 70, 4974-4984 (1998). Véase también, J.R. Anderson y col. ANALYTICAL CHEMESTRY 72, 3158-64 (2000); y M.A. Unger y col., SCIENCE 288, 113-16 (2000). Elastómeros de silicona RTV-2 curables por adición tales como SYLGARD® 184, Dow Corning Co., pueden ser usados para este propósito.

Las dimensiones de los distintos canales de flujo, depósitos, cámaras de crecimiento, etc., son fácilmente determinados por las propiedades de volumen y de caudal, etc. Los canales que son diseñados para cierre completo deben ser de una profundidad tal que la capa de elastómero entre el microcanal y el accionador pueda aproximarse a la parte inferior del canal. Fabricar el sustrato de material elastómero facilita al cierre completo, en general, como lo hace también una sección transversal que es redondeada, particularmente en las esquinas más alejadas (lejos del accionador). La profundidad dependerá también, por ejemplo, de la extensión posible para los salientes prolongables del accionador. Así, las profundidades del canal pueden variar bastante. Se prefiere una profundidad de menos de 100 \mum, más preferiblemente menor de 50 \mum. Las profundidades del canal del rango de 10 \mum a 40 \mum son preferidas para la mayoría de aplicaciones, pero incluso profundidades de canal muy bajas, es decir de 1 nm son posibles, y profundidades de 500 \mum son posibles con accionadores adecuados, particularmente si el cierre parcial ("valvulería parcial") es suficiente.

El sustrato puede ser de una capa o una pluralidad de capas. Las capas individuales pueden ser preparadas por numerosas técnicas, incluyendo ablación por láser, grabado de plasma, métodos químicos en húmedo, moldeo por inyección, moldeo por prensado, etc. Sin embargo, como se ha indicado previamente, la colada a partir de la silicona curable es la más preferida, particularmente cuando las propiedades ópticas son importantes. La generación del molde negativo puede ser hecha por numerosos métodos, todos los cuales son bien conocidos por los expertos en la técnica. La silicona es entonces vertida sobre el molde, desgasificada si es necesario, y dejada curar. La adherencia de múltiples capas entre sí puede ser conseguida por técnicas tradicionales.

Un método preferido de fabricación de algunos dispositivos emplea la preparación de un maestro mediante el uso de una fotorresistencia negativa. La fotorresistencia SU-8 50 de Micro Chem Corp., Newton, MA, es preferida. La fotorresistencia puede ser aplicada a un sustrato de vidrio y expuesta desde el lado sin revestir a través de una máscara adecuada. Como la profundidad de curado depende de factores tales como la longitud de exposición y la intensidad de la fuente de luz, pueden ser creadas características que oscilan desde muy delgada hasta la profundidad de la fotorresistencia. La resistencia sin exponer es retirada, dejando un diseño realzado sobre el sustrato de vidrio. El elastómero curable es colado sobre este maestro y luego retirado.

Las propiedades del material de la fotorresistencia SU-8 y la luz difusa procedente de una fuente de luz económica pueden ser empleadas para generar microestructuras y canales con perfiles de sección transversal que son "redondeados y lisos" en los bordes aún planos en la parte superior (es decir en forma de campana). Exposiciones cortas tienden a producir una parte superior redondeada, mientras exposiciones mayores tienden a producir una parte superior plana con esquinas redondeadas. Exposiciones mayores también tienden a producir canales más anchos. Estos perfiles son ideales para usar como válvulas basadas en la deformación, comprimibles que requieren el aplastamiento completo de la estructura del canal para detener la circulación del fluido, como se ha descrito por M.A. Unger y col., SCIENCE 2000, 288, 113. Con tales canales, los accionadores de tipo Braille produjeron un cierre total de los microcanales, produciendo así un microcanal con válvula muy útil. Tales formas conducen también por sí mismas a producir campos de flujo uniformes, y tienen buenas propiedades ópticas también.

En un procedimiento típico, una capa fotorresistente es expuesta desde la parte posterior del sustrato a través de una máscara, por ejemplo una película fototrazada, por luz difusa generada con un transiluminador ultravioleta (UV). Las secciones transversales en forma de campana son generadas debido al modo en que la parte frontal de la onda esférica creada por la luz difundida penetra en la fotorresistencia negativa. El cambio dependiente de la dosis de exposición en el coeficiente de absorción de SU-8 (3985 m-1 no expuesta a 9700 m-1 expuesta a 365 nm) limita la profundidad de exposición en los bordes.

Las formas y anchuras en sección transversal exactas de las estructuras fabricadas son determinadas por una combinación de tamaño de característica de la fotomáscara, tiempo/intensidad de exposición, espesor de resistencia, y distancia entre la fotomáscara y la fotorresistencia. Aunque la exposición del lado posterior produce características que son más anchas que el tamaño definido por la fotomáscara y en algunos casos de menor altura comparadas con el espesor del revestimiento fotorresistente original, el cambio de dimensiones de los diseños transferidos es fácilmente predicho a partir de las dimensiones de la máscara y del tiempo de exposición. La relación entre la anchura de los diseños de la fotomáscara y los diseños de la fotorresistencia obtenidos es esencialmente lineal (pendiente de 1) más allá de un cierto tamaño de abertura de la fotomáscara. Esta relación lineal permite una compensación total del tamaño de abertura en la fotomáscara mediante una simple sustracción de un valor constante. Cuando el tiempo de exposición es mantenido constante, hay un tamaño umbral de abertura por debajo del cual la exposición incompleta provocará que la altura del microcanal sea inferior que el espesor de la fotorresistencia original. Dosis de exposición inferiores producirán canales con perfiles en sección transversal más lisos y más redondeados. Dosis de exposición ligeras que son demasiado lentas (o espesores de fotorresistencia que son demasiado grandes), sin embargo, son insuficientes para penetrar a través de la fotorresistencia, lo que da como resultado secciones transversales que son más delgadas que el espesor de la fotorresistencia original.

La capacidad de adecuación de microcanales de sección transversal en forma de campana de 30 \mum de espesor que han de ser usados como válvulas basadas en la deformación fue evaluada ejerciendo una fuerza externa sobre el canal usando una accionador vertical piezoeléctrico de pantallas de presentación Braille que pueden ser refrescadas disponibles comercialmente. Pueden dejarse espacios entre la membrana y la pared cuando la sección transversal del canal tiene tangentes discontinuas, tal como en secciones transversales rectangulares. En contraste, un canal con una sección transversal en forma de campana está totalmente cerrado en las mismas condiciones. Cuando un pin Braille es empujado contra un microcanal de sección transversal en forma de campana o en forma rectangular a través de una membrana de poli(dimetilsiloxano) (PDMS) de 200 \mum, los canales en forma de campana fueron totalmente cerrados mientras los canales rectangulares de la misma anchura tuvieron fugas considerables.

La técnica descrita es efectiva en coste y tiempo comparada con otros métodos fotolitográficos para generar perfiles redondeados bien definidos tales como litografía de máscara de escala de grises, o polimerización por rayo láser ya que así no se necesita equipamiento especial tal como los láseres, fuentes de luz colimada (alineador de máscara), o fotomáscaras de resolución inferior a la micra; solamente requiere un transiluminador disponible en muchos laboratorios biológicos. Además, la técnica de exposición del lado posterior puede generar más perfiles comparada con otros métodos de diseño basados en litografía suave tales como la litografía de máscara microfluídica y el uso de flujos laminares diseñados o que graban en un microcanal existente.

Cuando son usados como válvulas microfluídicas basadas en la deformación, estos microcanales en forma de campana mostraron un autosellado por compresión mejorado comparados con canales de sección transversal rectangular o semicircular tradicionales como se ha demostrado por las simulaciones, y por experimentos. Un canal en forma de campana (anchura: 30 \mum; altura 30 \mum) fue completamente cerrado por una compresión de fuerza 18 g de un pin Braille. Es notable que canales que tienen secciones transversales en forma de campana con paredes laterales de "inclinación suave" no pueden ser fabricados por tecnología de resistencia por fusión, uno de los métodos más convenientes para fabricar diseños redondeados definibles por fotomáscara, ya que el perfil es determinado por la tensión superficial. Los canales en forma de campana maximizan el área en sección transversal dentro de los canales microfluídicos sin comprometer la capacidad para cerrar completamente los canales al producirse la deformación. Por ejemplo, la sección transversal del canal descrita aquí es mayor que la de las válvulas basadas en la deformación accionadas neumáticamente, a que se ha hecho referencia previamente (100 \mum de anchura; 20 \mum de altura) y puede ser más adecuado para el cultivo de células mamarias. Además, las secciones transversales en forma de campana proporcionan canales con techos y suelos planos, que es ventajoso para reducir aberraciones en microscopia óptica y para obtener campos de flujo con un perfil de velocidad más uniforme a través de las anchuras del canal. Estas ventajas de microcanales con formas de sección transversal en forma de campana combinadas con el mecanismo de accionamiento de válvula conveniente, económico y disponible comercialmente basado en pantallas de presentación Braille recargables serán útiles para un amplio intervalo de aplicaciones microfluídicas tales como el cultivo de células microfluídico y sistemas de análisis, biosensores, y dispositivos ópticos sobre el chip tales como microlentes.

La extensión hacia afuera de los accionadores táctiles debe ser suficiente para su propósito deseado. El cierre completo de un microcanal profundo de 40 \mum, por ejemplo, requerirá generalmente una extensión ("saliente") de 40 \mum o más cuando es usado un único solo accionador, y aproximadamente de 20 \mum o más cuando son usados accionadores dobles en lados opuestos del canal. Para bombeo peristáltico, mezclado, y regulación del flujo, son útiles extensiones menores con relación a la altura del canal. El tamaño del área de los activadores táctiles puede variar apropiadamente con la anchura y función del canal (cierre, regulación del flujo, bombeo, etc.), y puede preferiblemente oscilar desde 40 \mum a aproximadamente 2 mm, más preferiblemente de 0,5 mm a 1,5 mm. Son también posibles tamaños mayores y menores. Los accionadores deben generar suficiente fuerza. La fuerza generada por un pin de presentación de tipo Braille es aproximadamente de 176 mN, y en otras pantallas de presentación puede ser mayor o menor.

Así, en un aspecto, el invento pertenece a un dispositivo microfluídico que tiene al menos una parte activa que consiste de un canal de fluido o depósito, que tiene una cubierta de elastómero y opcional pero preferiblemente, paredes de elastómero, cuyos volumen y/o área de sección transversal pueden ser variados selectivamente por imposición de presión desde un accionador táctil externo al dispositivo microfluídico. En otro aspecto del invento, una agrupación de accionadores táctiles puede ser usada para suministrar la presión de accionamiento, siendo las protuberancias táctiles individuales capaces de ser accedidas individualmente o accedidas en grupos, por ejemplo por programación con un simple ordenador, o entrada de una cadena de caracteres ASCII.

En aún otro aspecto del invento, una serie de accionadores táctiles externos a un canal microfluídico son accionados en un diseño para proporcionar una acción de bombeo peristáltica o una acción de mezclado con respecto al fluido contenido en el canal.

En otro aspecto todavía del invento, los accionadores táctiles son empleados para cerrar o abrir selectivamente canales de alimentación o de salida exteriores de un dispositivo microfluídico, opcionalmente en respuesta a señales generadas por paso de fluido o partículas en uno o más canales del dispositivo microfluídico.

En otro aspecto del invento, los accionadores táctiles son mantenidos externos al dispositivo microfluídico per se pero son ensamblados en una estructura integrada que contiene entradas y salidas de fluido y conexiones eléctricas para activar o excitar los accionadores táctiles respectivos.

En otro aspecto del invento, los dispositivos objeto del invento son empleados como microrreactores, dispositivos de cultivo de tejidos, dispositivos de cultivo de células, dispositivos de clasificación de células, o dispositivos de aplastamiento de células.

El uso de una pantalla de presentación Braille estándar con software disponible comercialmente es un medio particularmente elegante de accionar las características del dispositivo tales como cierre de válvulas, bombeo y mezclado. El dispositivo microfluídico de elastómero está diseñado de tal manera que las características apropiadas son colocadas por debajo de los salientes Braille respectivos en una célula Braille de 8 puntos, o por debajo de salientes situados en distintas células en la pantalla de presentación. Un editor de texto con capacidad hacer avanzar o retroceder puede escanear o explorar una sola línea o una pluralidad de líneas de caracteres ASCII, y transferir señales apropiadas a la pantalla de presentación. La velocidad de avance o retroceso variable puede ser usada para alterar la velocidad de accionamiento.

Por ejemplo, la "a" en ASCII está representada por el código digital 10000000. Mientras una "coma" está representada por 00000100. Cada uno de estos códigos accionará un único saliente en una célula de 8 puntos. El software Braille está disponible para usar en ordenadores que funcionan en numerosos entornos. Para sistemas operativos de Windows®, por ejemplo, está disponible JAWS 4.0. Sin embargo, el concepto de simple y fácilmente implantado en numerosos lenguajes de programación tales como Fortran, Basic y Visual Basic.

Mediante el uso del presente invento, numerosas funciones pueden ser implantadas en un único dispositivo. El uso de múltiples depósitos para suministro de nutrientes, factores de crecimiento, etc., es posible. Los distintos depósitos hacen posible cualquier combinación de alimentación de fluido, es decir desde un único depósito a la vez, o desde cualquier combinación de depósitos. Esto es conseguido estableciendo la comunicación de fluido con un depósito por medio de un microcanal con válvula, como se ha descrito previamente. Programando la pantalla de presentación Braille o la matriz del accionador, cada depósito individual puede estar conectado con un canal o cámara de crecimiento a voluntad. Incorporando también una pluralidad de salientes prolongables a lo largo de un suministro de microcanal, el bombeo peristáltico puede ser realizado a una variedad de caudales. Puede ser fácilmente creado un flujo típico irregular, pulsatorio de sistemas circulatorios vertebrados. A pesar de la flexibilidad que ofrece el sistema del invento, la construcción es sencilla. La simplicidad del dispositivo microfluídico per se, acoplada con un accionador externo simple, programable permite que se prepare un sistema efectivo de coste, donde el dispositivo microfluídico es relativamente económico y disponible, a pesar de sus capacidades tecnológicas.

El flujo combinatorio, regulado con múltiples bombas y válvulas que ofrecen más flexibilidad en estudios de célula microfluídicos en un portátil a un sistema dimensionado manual son creados usando una rejilla de accionadores minúsculos en pantallas de presentación Braille recargables. Estas pantallas de presentación son típicamente usadas por discapacitados visuales como análogos táctiles a monitores de ordenador. Las pantallas de presentación contienen normalmente 20-80 filas de celdas, conteniendo cada una 8 (4x2) pines que se mueven verticalmente (\sim1-1,3 mm). Dos pines de la misma celda pueden estar típicamente separados en 2,45 mm de centro a centro y separados en 3,8 mm en diferentes celdas. Cada pin puede tener el potencial para sobresalir 0,7\sim1 milímetros hacia arriba usando mecanismos piezoeléctricos, y pueden contener hasta \sim15-20cN. El control de los accionadores de pin Braille es conseguido cambiando una línea de texto en un programa de ordenador. Combinaciones únicas de pines Braille sobresaldrán dependiendo de las letras presentadas en un momento dado. Las pantallas de presentación Braille son pre-empaquetadas con software, fácil de usar, y fácilmente accesible. Están diseñadas para uso individual, y oscilan desde el tamaño de un reproductor de audio (walkman) portátil mientras usan corriente de baterías o corriente alterna. Usando los pines Braille que se mueven contra canales de caucho transparente, de elastómero es posible deformar canales y crear bombas y válvulas in situ.

Ejemplo 1

Un dispositivo microfluídico es fabricado de PDMS (SYLGARD® 184) con partes activas situadas por debajo de una pantalla de presentación comercial Braille que tiene celdas de 8 puntos, cuyos salientes tienen aproximadamente 1 mm de diámetro, a distancias de 2,5 mm de centro a centro en cada celda, con una distancia entre celdas de 3,2 mm. Cada saliente puede sobresalir 1,5 mm de la superficie de la pantalla de presentación cuando es activado. Los canales del dispositivo de elastómero PDMS tienen una membrana de PDMS inferior relativamente delgada de 100-200 \mum, que descansa sobre la pantalla de presentación Braille. El dispositivo microluídico tiene un canal de observación común y dos canales de alimentación con válvula, y es usado para estudiar la pantalla de presentación Braille accionada por valvulería. Las válvulas están construidas como se ha descrito anteriormente con vacíos junto a las partes activas, y situadas sobre el dispositivo microfluídico de modo que estén por debajo de hoyuelos en una pantalla de presentación comercial Braille. Un canal de entrada es alimentado con una solución de colorante fluorescente procedente de un depósito de entrada, mientras que el otro depósito de entrada no contiene colorante. Las válvulas respectivas son abiertas y cerradas repetidamente avanzando/retrocediendo a través de un texto que contiene "a" y "," alternativamente. La fluorescencia en el canal común es vigilada. La circulación de fluido es inducida por una jeringuilla que comunica con la salida de canal común. El dispositivo es así similar al de la fig. 3.

La fig. 7 ilustra la fluorescencia observada en el canal cuando las válvulas de entrada respectivas eran cerradas alternativamente, después de sustraer el ruido de fondo. Como puede verse, la valvulería es muy efectiva. El gráfico es similar al presentado en M.A. Unger y col., SCIENCE 288, 113 (2000).

Ejemplo 2

Películas fototrazadas fueron pedidas a CAD/Art Services, Inc. (Poway, CA). Obleas de vidrio borosilicato pulidas de doble lado de 4 pulgadas (espesor = 200 \mum) fueron pedidas en Plan Optik GMBH (Elsoff, Alemania), vidrios de cubierta de borosilicato de 48 mm x 65 mm (espesor = 160 \mum) de Fisher Scientific, SU-8 50 fotorresistente negativa de MicroChem Corp. (Newton, MA), y PDMS (Sylgard 184) de Dow Corning (Midland, MI). La fotorresistencia fue expuesta por un transiluminador (FB-TIV-816A, Fisher Scientific) con seis lámparas de retroiluminación fluorescentes reemplazadas (TL-D15W/08, Philips) y un alineador de máscara PLA-501FA por Canon U.S.A.,Inc. (Lake Success, NY). La oxidación fue realizada usando un grabador de plasma (Plasma Prep. II: Structure Probe Inc., West Chester, PA). Una pantalla de presentación Braille DotView DV-1 fue obtenida de KGS Corp. (Saitama, Japón). Una solución salina con tampón de fosfato (PBS) fue obtenida de Fisher Scientific.

Fotomáscaras de microcanales (anchura: 10 \mum \sim 400 \mum) fueron producidas por fototrazado a 20.000 dpi para formar una máscara de exposición. Una capa de 30 \mum de SU-8 50 fue revestida sobre un sustrato de vidrio por revestimiento centrífugo a 4.500 rpm, cocción suave a 95ºC y exposición desde el lado posterior usando un transiluminador a la intensidad máxima (8 mW/cm^{2}). Una película de fotomáscara es colocada sobre el lado no revestido del sustrato y emparedada por dos piezas elementales de fotomáscara de vidrio de cuarzo compuesto de 5 pulgadas (espesor 2,38 mm). El lado revestido del sustrato es cubierto con una película de vinilo tintada en amarillo para impedir que la luz ultravioleta vuelva a entrar en el revestimiento de seguridad SU-8. Estas fueron colocadas sobre un carro móvil en la parte superior del transiluminador. El espacio entre la superficie del transiluminador y el sustrato era de 19 mm. El carro se movía hacia atrás por la fuerza en una dirección radial a una velocidad de 5 cm/s. Las características de canal fueron obtenidas después de una cocción posterior a la exposición, a 95ºC, seguido por revelado.

El diseño del molde fue transferido a un bloque de poli(dimetilsiloxano) (PDMS) de 5 mm de espesor mediante colada de prepolímero de silicona. Además, también se fabricó una membrana de PDMS de 200 \mum de espesor por revestimiento centrífugo de prepolímero sobre una oblea de vidrio sinalizada. Tanto la placa como la membrana se curaron sobre una superficie nivelada a temperatura ambiente durante un día seguido por curado a 60ºC durante 1 hora. El bloque se curó finalmente a 150ºC durante 15 minutos. Tanto el bloque como la membrana se unieron después de oxidación por los métodos descritos por Duffy, ANALYTICAL CHEMISTRY 70, op. cit.

El dispositivo microfluídico de PDMS fabricado fue mecánicamente fijado a la superficie de la pantalla de presentación Braille. Para observar fugas del canal, la línea central del canal fue alineada con el centro del pin Braille bajo un estereomicroscopio fluorescente. El pin Braille fue entonces controlado para empujar el canal hacia arriba. La fuerza máxima es de 176,4 mN. El cierre del canal (valvulería) fue analizado usando visualización de fluorescencia del pin Braille a través de un canal lleno con una solución de colorante. La medición de la resistencia eléctrica de líquido en el canal puede también ser usada, fijando las puntas de dos alambres de platino (254 \mum de diámetro) en los extremos de un canal que contiene una solución conductora. Cuando la restricción del paso aumenta, la resistencia medida aumenta también. El interior del microcanal fue llenado con color de alimento verde.

Ejemplo 3

Cada chip de silicona es un conjunto multicapa de poli(dimetilsiloxano) (PDMS). La capa inferior está formada a un espesor de 120 \mum por revestimiento centrífugo de una relación de 1:10 (agente de curado:base) de prepolímero (Sylgard 184, Dow-Corning) sobre una oblea de vidrio silanizada a 200 rpm durante 4 minutos. Un maestro de Si con estructura de relieve positivo está hecho de fotorresistencia (SU-8, MicroChem) definida a través de una fotolitografía de luz difusa sobre la parte posterior como se ha descrito en el Ejemplo 2. El prepolímero (relación 1:10) es colado contra las características de relieve positivo para formar una capa central de aproximadamente 1 mm. La réplica negativa resultante formó canales cuando fue cerrada herméticamente por la capa inferior. Los agujeros son perforados mediante agujas romas afiladas de calibre 14 a través de la capa central hacia la capa superior. El prepolímero de relación 1:10 y a continuación 1:20 es vertido sucesivamente sobre moldes de latón mecanizados de modo que el techo de la capa superior era más rico de base de polímero, proporcionando un mejor agente sellador para futuras inyecciones por agujas. Las tres capas curadas se unieron firmemente juntas después de 30 segundos de exposición a plasma de oxígeno. Este conjunto fue incubado a 60ºC durante 10 minutos. Los dispositivos ensamblados fueron llenados con fluidos acuosos (por ejemplo medios de cultivo de células) para preservar las propiedades de superficie hidrofílica de los canales, e incubados en incubadoras a 37ºC durante la noche.

Ejemplo 4

El dispositivo microfluídico incluye una capa de depósito sobre la parte superior del conjunto microfluídico para evitar tuberías adicionales. El depósito y los canales permanecen siendo un sistema cerrado (con la excepción de gases) para protección contra pérdidas y contaminación en entornos no estériles. Pueden añadirse o sustraerse reactivos de este sistema cerrado usando agujas de calibre 30 ya que el PDMS actúa como un agente sellador. Dispositivos preparados son alineados sobre pines Braille, sujetados hacia abajo, colocados cerca de un plato de agua destilada, y cubiertos de modo liberable con envoltura de saran. El conjunto completo es colocado en una incubadora en seco con un ordenador portátil próximo que controla el movimiento de fluidos dentro de cada dispositivo.

La arquitectura de canal consiste de múltiples bucles que están entrelazados durante la siembra, y cerrados mediante válvulas entre sí durante la circulación de fluidos. Cada bucle está conectado al depósito principal y contiene un segmento enlazado a otros bucles. Como cada bucle tenía su entrada y salida conectadas al mismo depósito, la presión hidrostática entre los dos extremos era la misma. Mientras un procedimiento de siembra puede preparar cada bucle de reciclado, cada bucle puede ser separado por válvulas y funcionar independientemente uno de otro. Para sembrar el canal, se inserta una aguja en un extremo del circuito de siembra como una ventilación, y otra en el otro extremo que soporta la célula. Las válvulas definen solo un trayecto para que las células inyectadas naveguen, y permitan el flujo estancado para unir las células. Esto hace la siembra de precisión más conveniente y eficiente que los métodos previos.

Este diseño es usado para crear un ensayo de flujo celular. Las células sembradas son en primer lugar infundidas con medios ricos en factores de crecimiento (15% de Suero Bovino Fetal), y a continuación con medios limitadores (2% de Suero de Caballo). Cuando está en los medios limitadores, los caudales moderados hacen que las células crezcan mientras los caudales lentos puentean el crecimiento y provocan la muerte de la célula. En general, la proliferación ocurre en el extremo de la corriente de aguas arriba y no en el extremo de la corriente de aguas abajo, sugiriendo que los gradientes de concentración están presentes desde un extremo del bucle al otro. Aunque esto puede ser un artefacto de la bomba, esta tendencia es consistente en todos los caudales, incluyendo los bombas más lentas que accionan una vez cada 25 segundos.

Este ensayo de flujo caracteriza la capacidad para posicionar células selectivamente, y para regular su entorno fluídico durante períodos de tiempo prolongados. Estas características hacen posible el estudio de células en entornos simulados en vivo. Justo como un sistema circulatorio resuelve el transporte en masa lento en organismos multicelulares, la microcirculación regulada beneficiarán de modo similar a las células que residen en canales microfluídicos entregando activamente nutrientes frescos, eliminando residuos celulares, o proporcionando medios para su concentración. Uno puede tratar arbitrariamente las células para diferenciar, crecer, o sufrir apoptosis. La señalización química de célula a célula puede ser estudiada reconfigurando la dirección de los fluidos. Tales ensayos celulares pueden ser usados para toxicología, farmacología, o como un biosensor.

Ejemplo 5

El invento es demostrado además conmutando entre corrientes laminares y mezclando, programando, y sembrando, compartimentando, y sosteniendo mioblastos de ratón C2C12 dentro de chips microfluídicos durante periodos de tiempo prolongados (hasta tres semanas), y ensayando proliferación de mioblastos bajo diferentes diseños de flujo.

Las pantallas de presentación Braille (Navigator, Telesensory, CA, USA) han proporcionado una rejilla de pines microaccionadores. Estos pines reflejaban el texto presentado en ordenador. El método más accesible de control usa un editor de textos (Boxer) para avanzar/retroceder por sí mismo a través de un texto previamente dispuesto diseñado para accionar los pines Braille correctos. Programas más flexibles, codificados en Visual Basic (Microsoft), actualizan continuamente una línea de caracteres correspondientes al accionamiento de un pin deseado. Los lectores de pantallas de Braille (HAL, JAWS) han controlado directamente el accionamiento del pin basado en refrescar la línea de caracteres. Ocho pines (4x2) han controlado directamente el accionamiento del pin basado en la línea de caracteres de refresco. Ocho pines (4x2) representaban todos los caracteres posibles. Los canales corresponden a 213 combinaciones únicas de 256 posibles, o el 83% de las combinaciones posibles. Todas las combinaciones para las tres filas de pines superiores que representan cada carácter tienen una letra correspondiente y están bajo control completo.

La células precursoras mesenquimales de ratón C2C12 son cultivadas y cosechadas por métodos tradicionales. Las células son cultivadas bajo 5% de CO_{2} en platos de Petri (Fisher) en medio (Invitrogeno) de Medio de Águila Modificado de Dulbecco (DMEM) que contiene 15% de Suero Bovino Fetal, 100 \mug/ml de estreptomicina, 100 \mug/ml de penicilina. Las células son disociadas de platos con tripsina/EDTA y lavadas en PBTS (Invitrogeno). Estas células son inyectadas en canales capilares y mantenidas bajo los mismos medios. Los microcanales son tratados previamente con incubación en medios durante la noche. Las células son cultivadas en los dispositivos en pantallas de presentación de Braille en 5% de CO_{2} a 37ºC.

Aunque se han ilustrado y descrito realizaciones del invento, no se ha pretendido que estas realizaciones ilustren y describan todas las formas posibles del invento. En vez de ello, las palabras usadas en la memoria son palabras de descripción en vez de limitación, y se comprende que pueden hacerse distintos cambios sin salir del marco del invento.

Claims (18)

1. \global\parskip0.950000\baselineskip

   1. Un dispositivo microfluídico que comprende un sustrato que tiene en él al menos un espacio vacío (3) cuya forma y/o volumen se desean alterar, dicho espacio vacío definido en un lado del mismo por una capa de elastómero deformable (4), y un accionador táctil (6, 7) accesible electrónicamente próximo a un lado de dicha capa de elastómero alejada de dicho espacio vacío, teniendo dicho accionador táctil una pluralidad de salientes extensibles accesibles individualmente separados, al menos uno de los cuales, cuando es accionado, se apoya sobre dicha capa de elastómero deformable, deformando dicha capa, y alterando la forma y/o volumen de dicho espacio vacío.
2. 2. El dispositivo según la reivindicación 1ª, en el que dicho espacio vacío comprende un canal de flujo, un depósito, o una cámara de aplastamiento de células.
3. 3. El dispositivo según la reivindicación 1ª, en el que dicho accionador táctil comprende una agrupación geométrica regular de salientes extensibles.
4. 4. El dispositivo según la reivindicación 1ª, en el que dicho accionador táctil comprende una pantalla de presentación Braille programable.
5. 5. El dispositivo según la reivindicación 1ª, que contiene al menos una parte de bombeo de fluido, comprendiendo dicha parte de bombeo de fluido un canal de flujo y un accionador táctil que comprende una pluralidad de salientes extensibles posicionados en serie a lo largo de dicho canal de flujo, estando programado dicho accionador táctil para extender y retraer dichos salientes en una secuencia que hace que el líquido sea bombeado a través de dicho canal de flujo.
6. 6. El dispositivo según la reivindicación 1ª, que contiene al menos un canal de flujo con válvula, estando dicho canal de flujo con válvula próximo a un saliente extensible de un accionador táctil, teniendo dicho canal una profundidad tal que la extensión completa de dicho saliente extensible deforma dicha capa de elastómero a la profundidad de dicho canal de flujo, cerrando el canal de flujo.
7. 7. El dispositivo según la reivindicación 1ª que comprende al menos un microcanal con válvula, teniendo dicho microcanal una profundidad de desde 1 \mum a 100 \mum, teniendo dicho microcanal definido en un lado del mismo por una capa de elastómero un espesor de desde 1 \mum a 1 mm.
8. 8. El dispositivo según la reivindicación 1ª, en el que dicho sustrato es un material elastómero.
9. 9. El dispositivo según la reivindicación 1ª, en el que dicho sustrato y dicha capa de elastómero comprenden ambos un elastómero de silicona.
10. 10. Un dispositivo adecuado para el cultivo de un organismo vivo en fluido en el que la composición de fluido es alimentada como una circulación de fluido, comprendiendo dicho dispositivo un dispositivo microfluídico según la reivindicación 1ª, en el que al menos un espacio vacío comprende una cámara de crecimiento para dicho organismo, dicha cámara de crecimiento en comunicación de fluido con al menos un depósito, y al menos una parte de bombeo de fluido, comprendiendo dicha parte de bombeo de fluido un canal de flujo y un accionador táctil que comprende una pluralidad de salientes extensibles posicionados en serie a lo largo de dicho canal de flujo, estando programado dicho accionador táctil para extender y retraer dichos salientes en una secuencia que hace que el líquido sea bombeado a través de dicho canal de flujo, comunicando dicho canal de flujo con dicho depósito y dicha cámara de crecimiento, de tal modo que el fluido circula desde dicho depósito a través de dicha cámara de crecimiento.
11. 11. El dispositivo según la reivindicación 10ª, que comprende una pluralidad de depósitos, teniendo cada uno de dichos depósitos asociado con él un canal de flujo con válvula en comunicación de fluido con dicha cámara de crecimiento, de tal modo que la circulación de fluido en dicha cámara de crecimiento puede ser seleccionada desde uno o una pluralidad de depósitos.
12. 12. Un proceso para el cultivo de organismos, que comprende introducir dicho organismo o un precursor del mismo en un espacio vacío en un dispositivo según la reivindicación 1ª, y bombear un fluido de medio de crecimiento más allá de dicho organismo por medio de una bomba peristáltica de microcanal accionada por dicho accionador táctil.
13. 13. El proceso según la reivindicación 12ª, en el que dicho dispositivo contiene una pluralidad de depósitos de fluido, y una pluralidad de microcanales con válvula asociados, de tal modo que el fluido bombeado más allá del organismo puede ser derivado desde uno o más depósitos seleccionados abriendo y/o cerrando válvulas seleccionadas por medio de dicho accionador táctil.
14. 14. El proceso según la reivindicación 13ª, en el que cada microcanal con válvula comprende además una bomba peristáltica.
15. 15. El proceso según la reivindicación 13ª, en el que el caudal de fluido más allá de dicho organismo es variado por medios que varían la velocidad de accionamiento de los salientes extensibles posicionados secuencialmente a lo largo de un microcanal en comunicación de fluido con el espacio vacío que contiene dicho organismo.

    \global\parskip1.000000\baselineskip

16. 16. El proceso según la reivindicación 15ª, en el que el fluido que circula es alterado cerrando o abriendo válvulas respectivas del microcanal asociadas con una pluralidad de microcanales de alimentación de fluido.
17. 17. Un proceso para poner en práctica el control de fluido en un dispositivo microfluídico, que comprende seleccionar un dispositivo microfluídico según la reivindicación 1ª, seleccionando como dicho accionador táctil una agrupación geométrica de salientes extensibles, y accionando salientes extensibles individuales en dicha disposición geométrica por medio de un programa de ordenador.
18. 18. El proceso según la reivindicación 14ª, en el que dicha agrupación geométrica es una pantalla de presentación Braille, y dichos salientes individuales son accionados alimentando un carácter ASCII a dicha pantalla de presentación.