ES2860775T3 - Unidad de sensores de múltiples usos para fluidos corporales - Google Patents

Abstract

Unidad (1) de sensores de múltiples usos para fluidos corporales, comprendiendo la unidad de sensores: - una cámara (2) de medición que se extiende en una dirección axial desde una entrada (3) hasta una salida (4), teniendo la cámara (2) de medición una sección transversal con paredes laterales (5, 6) que definen una anchura de cámara en una dirección horizontal, y con paredes (7, 8) superior e inferior que definen una altura de cámara en una dirección vertical, teniendo cada una de las paredes laterales (5, 6), la pared superior (8) y la pared inferior (7) una permeabilidad de pared respectiva para soluciones acuosas; - un primer sensor (10a-h) adaptado para medir un primer parámetro de fluidos corporales, teniendo el primer sensor una superficie (11a-h) del primer sensor expuesta al interior de la cámara de medición en una primera posición axial, teniendo la superficie del primer sensor una primera humectabilidad para soluciones acuosas; y - un segundo sensor (20) adaptado para medir un segundo parámetro de fluidos corporales, teniendo el segundo sensor una superficie (21) del segundo sensor expuesta al interior de la cámara de medición en una segunda posición axial corriente arriba o corriente abajo desde la primera posición axial, caracterizado por que la superficie del segundo sensor tiene una segunda humectabilidad para soluciones acuosas mayor que la primera humectabilidad; en donde en la segunda posición axial el ancho de la cámara excede el ancho de la superficie del segundo sensor, y en donde la cámara de medición en la segunda posición axial (22) tiene un ensanchamiento en una dirección horizontal comparada con la primera posición axial.

Description

DESCRIPCIÓN

Unidad de sensores de múltiples usos para fluidos corporales

La presente invención se refiere a una unidad de sensores para mediciones bioanalíticas en fluidos corporales. La unidad de sensores comprende: una cámara de medición que se extiende en dirección axial desde una entrada hasta una salida, teniendo la cámara de medición una sección transversal con paredes laterales que definen una anchura de cámara en dirección horizontal, y con paredes superior e inferior que definen una altura de cámara en una dirección vertical, teniendo cada una de las paredes laterales, pared superior y pared inferior una humectabilidad de pared respectiva para soluciones acuosas; un primer sensor adaptado para medir un primer parámetro de fluidos corporales, teniendo el primer sensor una superficie del primer sensor expuesta al interior de la cámara de medición en una primera posición axial, teniendo la superficie del primer sensor una primera humectabilidad para soluciones acuosas; y un segundo sensor adaptado para medir un segundo parámetro de fluidos corporales, teniendo el segundo sensor una superficie del segundo sensor expuesta al interior de la cámara de medición en una segunda posición axial corriente arriba o corriente abajo desde la primera posición axial, teniendo la superficie del segundo sensor una segunda humectabilidad para soluciones acuosas mayor que la primera humectabilidad.

Antecedentes de la invención

Analizar los fluidos corporales, tales como sangre y orina, para diferentes analitos, juega un papel importante en el diagnóstico clínico, en donde un desafío continuo reside en proporcionar parámetros precisos y resultados cuantitativos fiables en volúmenes de muestra cada vez más pequeños, tan rápidamente como sea posible. Proporcionar resultados de medición con frecuencia en volúmenes de muestra muy pequeños es especialmente importante en el contexto de diagnósticos clínicos de cuidado intensivo, y no lo es menos en el cuidado neonatal, que puede requerir una frecuencia de muestreo de 15-20 al día para proporcionar una monitorización adecuada de un paciente. Los parámetros de los fluidos corporales que se monitorizan frecuentemente, incluyen concentraciones de electrolitos y metabolitos en una muestra de sangre, así como el valor del haematocrito de la muestra de sangre. Por ejemplo, la medición de valores de ¿0CO2, pO2, pH, Na+, K+, Ca2+, Cl-, glucosa, lactato y hemoglobina, son indicaciones clínicas principales en la evaluación de la condición de un paciente médico. Actualmente existen varios analizadores diferentes para realizar dichas mediciones de parámetros múltiples, en donde algunos diseños utilizan cámaras de medición miniaturizadas y cartuchos de sensores enfocados a reducir la cantidad de muestra necesaria, cumpliendo a la vez con las limitaciones físicas impuestas por, p. ej., diseños, geometrías y cableado de los sensores. Por ejemplo, la patente US-5.916.425, describe un sustrato con cableado electrónico para sensores formados sobre un orificio pasante subminiatura. Puede formarse una gran cantidad relativa de sensores en la superficie del sustrato dentro de una celda de flujo de fluido relativamente pequeña. La patente US-6.123.820 describe cartuchos de sensores que incluyen una membrana de sensor selectiva constituyente de fluido en contacto de sellado directo con una cara de una celda de muestra de flujo continuo en una relación circundante a un puerto del sensor. El cartucho de sensor incluye una celda de muestra de flujo continuo que tienen un canal de flujo de tipo “zig-zag” o serpentín, para así proporcionar una serie de puertos de sensores en ambas caras opuestas de la celda. Sin embargo, este tipo de cartucho es complejo de producir. Además, la geometría de flujo de este cartucho de sensor es especialmente compleja, lo que hace a este tipo de cartuchos de sensores propensos a la acumulación de contaminación en las cámaras de muestra individuales. Una alternativa ventajosa a estos métodos se describe en la patente US-8.728.288, que hace referencia a una unidad de sensores de fluidos corporales. La unidad de sensores de la patente US-8.728.288 comprende: un primer sustrato de cableado electrónico que tiene una primera y una segunda superficie, y por al menos un sensor de analitos formado en la primera superficie de ésta, conectándose el al menos un sensor de analitos con uno o más puntos de contacto eléctrico; un segundo sustrato de cableado electrónico que tiene una primera y una segunda superficie y al menos un sensor de analitos formado en la primera parte de superficie de éste, conectándose el al menos un sensor de analitos a uno o más puntos de contacto eléctrico, y un separador que tiene una cavidad pasante con una primera y una segunda aberturas; en donde el primer sustrato, el segundo sustrato y el separador se disponen en una estructura en capas, en donde la primera superficie del primer sustrato cierra la primera abertura del separador, y la primera superficie del segundo sustrato cierra la segunda abertura del separador, formando así una celda de medición que se orienta por al menos un sensor de cada uno de los sustratos. Utilizando la celda de medición de la patente US-8.728.288, es posible medir dos o más parámetros en la misma celda de medición sin ninguna interferencia significativa entre sensores de analitos opuestos, aunque no se encuentren presentes paredes, canales o similares para mantener separados los sensores de analitos. En la mayoría de los casos, los sensores de analitos en superficies opuestas en la celda de medición pueden colocarse uno frente al otro, o separados entre sí, según se desee. La celda de medición de la unidad de sensores puede orientarse por al menos dos o más sensores de uno de los sustratos, o de cada uno de los sustratos. Por lo general, la celda de medición se alarga con una serie de superficies de sensores formadas en al menos uno de los sustratos y se distribuyen secuencialmente a lo largo de la celda de medición. La celda de medición facilita la medición de un gran número de valores de parámetros sobre una muestra muy pequeña.

Se conocen otras unidades de sensores de EP-0754944 A1 y DE-20202056 U1.

Los desafíos específicos surgen en el flujo o celdas de medición mencionados anteriormente para mediciones de parámetros múltiples en volúmenes de muestras muy pequeños cuando se diseñan las celdas para múltiples usos, ya que esto requiere llenar, vaciar y volver a llenar de manera fiable estas celdas con muestras líquidas de manera consistente repetible. Dichos desafíos pueden incluir problemas a la hora de humectar adecuadamente todas las superficies de sensores durante el llenado, para asegurar la correcta interacción entre el sensor y la muestra para asegurar los resultados de medición cuantitativos correctos, permaneciendo en la celda los problemas de líquido de una primera carga de una muestra líquida y, por lo tanto, contaminando una carga posterior de otra muestra líquida, o problemas de formación de burbujas y atrapamiento de líquido en la celda. Los mismos desafíos no surgen de la misma manera en una celda de medición desechable de un solo uso, que solo se llena una vez con una muestra líquida y se desecha tras realizar las mediciones obtenidas.

Por lo tanto, existe la necesidad de un dispositivo reutilizable para medir de forma fiable múltiples parámetros diferentes en los fluidos corporales, que se adapte para medir en volúmenes de muestra muy pequeños y que permita el llenado, vaciado y el rellenado fiable del dispositivo con muestras líquidas. En particular, existe la necesidad de un dispositivo de este tipo que se adapte para usarse con fluidos corporales, tales como sangre u orina.

Según un aspecto, un objeto de la presente invención es, por lo tanto, proporcionar un dispositivo de medición reutilizable mejorado para analizar muestras líquidas de fluidos corporales, superando al menos algunas de las desventajas de la técnica anterior, o al menos que proporcione una alternativa a los dispositivos de la técnica anterior.

Resumen de la invención

Según algunas realizaciones, el objeto de la invención se logra mediante una unidad de sensores para fluidos corporales, según se define en la reivindicación 1, en donde otras realizaciones ventajosas se definen en las reivindicaciones dependientes y en la descripción que sigue.

En un primer aspecto, una unidad de sensores de múltiples usos para fluidos corporales comprende:

- una cámara de medición que se extiende en dirección axial desde una entrada hasta una salida, teniendo la cámara de medición una sección transversal con paredes laterales que definen una anchura de cámara en una dirección horizontal, y con paredes superior e inferior que definen una altura de cámara en una dirección vertical, teniendo cada una de las paredes laterales, pared superior y pared inferior una humectabilidad de pared respectiva para soluciones acuosas;

- un primer sensor adaptado para medir un primer parámetro de fluidos corporales, teniendo el primer sensor una superficie del primer sensor expuesta al interior de la cámara de medición en una primera posición axial, teniendo la superficie del primer sensor una primera humectabilidad para soluciones acuosas; y

- un segundo sensor adaptado para medir un segundo parámetro de fluidos corporales, teniendo el segundo sensor una superficie del segundo sensor expuesta al interior de la cámara de medición en una segunda posición axial corriente arriba o corriente abajo desde la primera posición axial, teniendo la superficie del segundo sensor una segunda humectabilidad para soluciones acuosas mayor que la primera humectabilidad;

en donde en la segunda posición axial el ancho de la cámara excede el ancho de la superficie del segundo sensor, y en donde la cámara de medición en la segunda posición axial tiene un ensanchamiento en una dirección horizontal en comparación con la primera posición axial.

La unidad de sensores es para analizar fluidos corporales, que sean soluciones acuosas. Además, la unidad de sensores es para múltiples usos. Como se utiliza en la presente memoria, el término “unidad de sensores para múltiples usos” hace referencia a una unidad de sensores adaptada para montarse en un aparato analizador durante un período de tiempo prolongado, por lo general, muchos días, semanas o incluso meses, y se utiliza para análisis varias veces. Durante la vida útil de la unidad de sensores, se lava intermitentemente con solución de aclarado y se descarga con soluciones de control de calidad y/o de calibración que contengan diferentes concentraciones de iones y moléculas analíticamente interesantes, según un programa de control de calidad/calibración. Esto permite determinar las funciones de calibración adecuadas y asegurar y documentar continuamente la calidad de los resultados de medición.

La dirección axial es a lo largo de una dirección principal de flujo a través de la cámara de medición desde la entrada hasta la salida. Las direcciones transversales son perpendiculares a la dirección axial, en donde la dirección horizontal es una dirección transversal desde una pared lateral hasta la pared lateral opuesta, y la dirección vertical es otra dirección transversal perpendicular tanto a las direcciones horizontal como axial, apuntando desde la pared inferior hasta la pared superior.

La humectación es una consecuencia de las interacciones intermoleculares en una interfaz entre un líquido y un sólido cuando las dos entran en contacto entre sí. La humectación se puede ver como la capacidad del líquido de buscar contacto y cubrir la superficie sólida. De esta manera, la humectación se refiere a la interacción intermolecular de las tres fases involucradas en el llenado, vaciado y rellenado de la cámara de medición: un primer fluido, tal como un gas; un segundo fluido, tal como una muestra líquida a analizarse o una solución de aclarado; y superficies sólidas que definen la cámara de medición en la que se realiza la medición.

El grado de humectación se puede denominar humectabilidad. La humectabilidad se determina mediante un equilibrio de fuerza entre el adhesivo y las fuerzas cohesivas. La humectabilidad de una superficie sólida para en un líquido determinado puede caracterizarse por un ángulo de contacto correspondiente, en donde una humectabilidad alta se refiere a ángulos de contacto menores o iguales a 90°, y baja humectabilidad se refiere a los ángulos de contacto mayores de 90°. Una humectabilidad superior para un líquido determinado corresponde a un ángulo de contacto más pequeño, y una humectabilidad inferior corresponde a un ángulo de contacto mayor. Dado que el ángulo de contacto se mide comúnmente dentro del medio para el cual se determina la humectabilidad, el ángulo de contacto proporciona una medida inversa de la humectabilidad, es decir, un ángulo de contacto pequeño indica alta humectabilidad y un ángulo de contacto grande indica una humectabilidad baja. Una superficie sólida que tenga una humectabilidad superior para un líquido determinado, en comparación con otra superficie sólida, significa, por tanto, que el líquido determinado exhibirá un ángulo de contacto más pequeño en el primero, en comparación con el último. En otro enfoque, la humectabilidad de una superficie sólida, para un líquido determinado, puede compararse con la humectabilidad de otra superficie sólida, para el mismo líquido determinado, en términos de una energía de superficie respectiva de las superficies sólidas.

En general, una cámara de medición es una cámara en la que se mantiene una muestra durante la medición de la muestra. Una cámara de medición tiene al menos una superficie interna, al menos una abertura para poner la muestra en contacto con la superficie del sensor de un sensor de analitos. En una unidad de sensores para medir parámetros múltiples de la misma muestra de un fluido corporal, se proporciona una pluralidad de diferentes sensores. Cada uno de los diferentes sensores tiene una superficie del sensor, que se configura, típicamente, para un analito específico. Las superficies de los sensores se exponen al interior de la cámara de medición para una muestra líquida bajo análisis, para entrar en contacto con las superficies de los sensores e interactuar con los sensores asociados, para así proporcionar una medición de parámetros para los analitos respectivos. Por lo general, las diferentes superficies de los sensores tienen diferentes características de superficie, incluyendo diferentes propiedades de humectación, comparadas entre sí, y en comparación con las superficies de las paredes que definen la cámara de medición.

Como se mencionó, la unidad de sensores es para múltiples usos. El múltiple uso requiere llenar la cámara de medición con una muestra líquida, vaciar o purgar de manera equivalente la muestra líquida, y volver a llenar la cámara de medición con una muestra líquida subsiguiente. Además, la unidad de sensores es para volúmenes pequeños de muestra. Los volúmenes de muestra pequeños son deseables para reducir el consumo de biofluidos, que pueden ser particularmente importantes si se va a monitorizar continuamente al paciente, y el material de muestra es escaso. Como resultado, se reducen las dimensiones de la cámara de medición, lo que a su vez resulta en un aumento de importancia de las propiedades de humectación de las superficies interiores para el rendimiento de llenado, vaciado/purga y rellenado de la cámara de medición. Para realizar satisfactoriamente todas estas etapas de llenado, vaciado/purga y rellenado bajo las restricciones adicionales de las pequeñas dimensiones de la cámara, se ha descubierto que los materiales que presenten una humectación más o menos neutra para soluciones acuosas, son ventajosos, p. ej., superficies con una humectabilidad caracterizada por un ángulo de contacto para el agua en el aire de cerca de 90°, o son deseables al menos materiales que presenten propiedades de humectación similares. Al mismo tiempo, una geometría simple es muy aconsejable, ya que la geometría de la cámara compleja bajo las restricciones adicionales de las dimensiones de la cámara pequeña, causará y amplificará muchos de los problemas mencionados anteriormente de llenado, vaciado/purga y rellenado de la cámara de medición.

Este equilibrio puede lograrse para ciertos analitos como un compromiso, mediante la selección cuidadosa de un material de superficie para las paredes de la cámara que sea compatible con los materiales empleados de las superficies de los sensores, tales como el uso de encapsulantes, p. ej., vidrio, metal, un mineral tal como caolín, un encapsulante polimérico o cualquier combinación de los mismos para las paredes, y proporcionar un canal de pared recta con un ancho de canal constante cuidadosamente seleccionado. Los ejemplos, para los primeros sensores para los que se puede encontrar un compromiso de este tipo, incluyen sensores para medir cualquiera de los siguientes parámetros de fluidos corporales: concentraciones de electrolitos y metabolitos en una muestra de fluido corporal, tal como en una muestra de sangre, así como el valor del haematocrito de una muestra de sangre. Preferiblemente, según algunas realizaciones, los primeros sensores se adaptan para medir parámetros seleccionados del grupo de ¿0CO2, pÜ2, pH, y concentraciones de Na+, K+, Ca2+, Cl-, glucosa, lactato y hemoglobina. De forma ventajosa, al menos algunos del uno o más primeros sensores son sensores electromecánicos de estado sólido cubiertos con una membrana selectiva de iones expuesta al interior de la cámara de medición. Ventajosamente, según algunas realizaciones, una unidad de sensores para fluidos corporales comprende una pluralidad de primeros sensores que se ubican todos en una sección de pared recta de la cámara de medición, en donde cada uno de los primeros sensores tiene una primera posición axial respectiva.

Un logro importante de la presente invención es que abarca el caso particular donde el compromiso anterior no se encuentra fácilmente, si es que es en absoluto posible. Dicho caso puede surgir, por ejemplo, si un conjunto concreto de primeros sensores de analitos adaptados para medir un conjunto correspondiente de primeros parámetros respectivos, necesita complementarse con un segundo sensor para un analito concreto, lo que requiere una superficie del segundo sensor concreta que tenga propiedades de humectación significativamente diferentes en comparación con cualquiera de las superficies de los primeros sensores y, en particular, una superficie del segundo sensor con una humectabilidad significativamente mayor para las soluciones acuosas, en comparación con las superficies de los primeros sensores. Un ejemplo de una segunda superficie del sensor con propiedades de humectabilidad significativamente diferentes, es una membrana fabricada de un material que se expande debido a la absorción de agua en la membrana cuando se expone a una muestra líquida de una solución acuosa.

Las propiedades de humectabilidad significativamente diferentes de dicha superficie del segundo sensor pueden desestabilizar un frente de flujo y pueden, de este modo, afectar la fiabilidad del rendimiento de llenado, vaciado/purga y rellenado de la unidad de sensores. Se ha resuelto el problema proporcionando un ensanchamiento alrededor de la superficie del segundo sensor, con una anchura de la cámara de medición en el ensanchamiento que supera la anchura de la superficie del segundo sensor, por lo tanto, permitiendo contrarrestar una desestabilización del frente de flujo por la superficie del segundo sensor.

Ventajosamente, una dimensión transversal de la cámara de medición en la segunda posición axial y en una dirección paralela a la superficie del segundo sensor excede una dimensión transversal de la superficie del segundo sensor en la misma dirección. De forma ventajosa, una relación de la anchura de cámara con respecto a la anchura de la superficie del sensor en la segunda posición axial está en el intervalo de 1,2-3,6, o en el intervalo de 1,4-2,8, o en el intervalo de 1,5-2,4.

Preferiblemente, según algunas realizaciones, las superficies de los sensores son paralelas a un plano horizontal abarcado por las direcciones horizontal y axial. Preferiblemente, según algunas realizaciones, las superficies de los sensores se disponen en una pared horizontal, tal como en la pared superior o en la pared inferior. De este modo, se obtiene una superficie interior sellada y de pared relativamente lisa, que es conductora para el rendimiento del flujo de la cámara de medición. Además, según algunas realizaciones, las superficies de los sensores se disponen tanto en la pared superior como en la pared inferior. De este modo, se consigue una disposición de sensor compacta para permitir un gran número de mediciones de analitos simultaneas realizadas en un pequeño volumen de muestra.

En un enfoque prácti

visualizar la humectabilidad relativa de diferentes partes de las superficies interiores de la cámara de medición, p. ej., grabando una propagación del frente de flujo durante las secuencias representativas de llenado, vaciado/purga y/o rellenado, con una cámara de alta velocidad y observando el comportamiento de humectación dinámica durante estas secuencias. Las observaciones permiten fácilmente una optimización sistemática de la geometría detallada del ensanchamiento y su disposición con respecto a la superficie del segundo sensor. Por ejemplo, una membrana que se expanda, como la mencionada anteriormente, que se despliegue como superficie del segundo sensor, puede percibirse como altamente hidrófila en comparación con las superficies restantes en la cámara de medición, incluyendo las superficies de la pared y del primer sensor, y un ensanchamiento estabilizante del frente de flujo alrededor de la superficie del segundo sensor se puede concebir, en consecuencia, en base a datos de visualización del frente de flujo.

Además, según algunas realizaciones de la unidad de sensores, la segunda humectabilidad para soluciones acuosas de la superficie del segundo sensor, es mayor que la humectabilidad de la pared para soluciones acuosas. De este modo, la humectabilidad de pared puede seleccionarse o adaptarse para coincidir con el intervalo de humectabilidad de las superficies del primer sensor.

Además, según algunas realizaciones de la unidad de sensores, el segundo sensor está en una dirección horizontal dispuesto centralmente en la cámara de medición. Preferiblemente, las superficies del primer y segundo sensor se disponen paralelas a una pared horizontal, tal como la pared superior y/o la pared inferior de la cámara de medición.

La superficie del segundo sensor y la cámara de medición en la segunda posición axial, se dimensionan de manera que el ancho de la cámara de medición sea mayor que el ancho del sensor. Cuando el segundo sensor en una dirección horizontal se dispone centralmente en la cámara de medición con respecto a las paredes laterales, se proporcionan trayectos de flujo paralelos alrededor de la superficie del segundo sensor. Los trayectos de flujo paralelos circunvalan la superficie del segundo sensor a cada lado de la misma, visto en la dirección horizontal. Los trayectos de flujo paralelos tienen superficies que pueden ambas caracterizarse por la misma humectabilidad de pared, que puede ser significativamente diferente de la segunda humectabilidad que caracteriza la superficie del segundo sensor. Al proporcionar trayectos de flujo con las mismas propiedades de humectación muy definidas en cada lado de la superficie del segundo sensor, el comportamiento humectante de un frente de flujo que pase en una dirección axial a través del ensanchamiento, se “fija” de manera efectiva a cada lado de la superficie del segundo sensor. Esta fijación de la humectabilidad tiene un efecto estabilizante en el frente de flujo a medida que pasa a través de la cámara de medición, en donde se deja que el frente de flujo se deforme en una parte central horizontal de la cámara de medición, todo mientras el frente de flujo en los bordes a lo largo de las paredes laterales se mantiene a la par desplazándose a lo largo de la dirección axial a la misma velocidad.

Se puede observar que el término “frente de flujo” , según se utiliza en la presente memoria, hace referencia a una interfaz de fluido que se extiende transversalmente a través de la cámara de medición y se desplaza a lo largo de una dirección generalmente axial desde la entrada hasta la salida, en donde la interfaz de fluido separa un primer fluido, tal como un gas, desde un segundo fluido, tal como una muestra líquida para analizarse, o una solución de aclarado. En una etapa de llenado, el primer fluido precede al segundo fluido, es decir, la cámara de medición se llena con el segundo fluido sustituyendo al primero. En una etapa de vaciado, el primer fluido seguía al segundo fluido, es decir, la cámara de medición se llena con el primer fluido sustituyendo al segundo.

Ventajosamente, según algunas realizaciones de la unidad de sensores, una relación del ancho de la cámara con respecto al ancho del sensor es mayor en la segunda posición axial que en la primera posición axial. Por consiguiente, los trayectos de flujo paralelos que circunvalan la superficie del segundo sensor son más prominentes y, por lo tanto, pueden mejorar la contribución de la humectabilidad de pared para estabilizar el frente de flujo en la segunda posición axial en comparación con la primera posición axial. Esto es especialmente ventajoso en el caso donde la humectabilidad de la superficie del segundo sensor difiera significativamente tanto de las superficies del primer sensor como del material de pared, mientras que las variaciones en la humectabilidad de las superficies del primer sensor y el material de pared son menos pronunciadas.

Además, según algunas realizaciones de la unidad de sensores, la cámara de medición es simétrica con respecto a un eje de simetría orientado axialmente, visto en una proyección vertical. De ese modo, se logra una interfaz de fluido de frente de flujo simétrico entre un primer fluido, típicamente un gas, y un segundo fluido, p. ej., una muestra líquida, que se va a llenar, vaciar o rellenar en la cámara. La muestra líquida puede ser, p. ej., una muestra de un fluido corporal que se haya de medir, una muestra de un líquido de aclarado, una muestra de un líquido de control de calidad, o una muestra de un líquido de calibración. La simetría contribuye enormemente a mejorar la estabilidad del frente de flujo en la cámara de medición a medida que pasa desde la entrada hasta la salida. Una estabilidad mejorada del frente de flujo se refiere a una menor tendencia del frente de flujo a descomponerse para formar burbujas/gotitas que luego se quedan en la cámara de medición, afectando de este modo a la operación de llenado, vaciado, purga o rellenado.

Una proyección vertical, según se utiliza en la presente memoria, se entiende como un saliente en una dirección vertical sobre un plano horizontal abarcado por las direcciones axial y horizontal. En el presente contexto de simetría con respecto a una superficie orientada axialmente, esto corresponde a la cámara de medición, visto en una dirección horizontal que es simétrica con respecto a un plano especular abarcado por las direcciones axial y vertical.

Preferiblemente, la superficie del segundo sensor también se conforma y dispone simétricamente con respecto al eje de simetría de la cámara de medición dentro del ensanchamiento. Esta disposición simétrica del segundo sensor contribuye, además, a una estabilidad mejorada del frente de flujo. Más preferiblemente, las superficies del primer sensor se disponen a lo largo del eje de simetría de la cámara de medición. Más preferiblemente, las superficies del primer sensor también son simétricas con respecto al eje de simetría de la cámara de medición. Estas disposiciones simétricas del primer y/o segundo sensores contribuyen, además, a una estabilidad mejorada del frente de flujo.

Como se mencionó anteriormente, la cámara de medición está en una dirección vertical definida por paredes superior e inferior, separadas entre sí por la altura de la cámara, y en una dirección horizontal por paredes laterales separadas entre sí por el ancho de la cámara. Cada una de las paredes puede tener humectabilidad de pared respectiva para soluciones acuosas. De forma típica, las paredes superior e inferior tienen materiales de superficie iguales o muy similares expuestos al interior de la cámara de medición, p. ej., un encapsulante polimérico basado en polimetilmetacrilato (PMMA) o polietilmetacrilato (PEM), y paredes laterales hechas de diferentes materiales, tales como una junta separadora hecha de un portador de tereftalato de polietileno (PET), con un adhesivo a cada lado de la misma. Después de la imprimación de las paredes de la cámara impoluta durante un primer llenado, las paredes laterales y/o las esquinas donde las paredes laterales se cruzan con las paredes superior e inferior, tienden a retener una película superficial de agua, dando como resultado una mayor humectación de borde cuando se rellena.

Preferiblemente, la cámara de medición tiene una geometría simple, tal como un canal recto que comprende al menos dos superficies de sensor integradas en las paredes. Por lo general, la cámara de medición tiene la forma de un canal generalmente recto con paredes paralelas. Una ventaja de una geometría simple es un mejor rendimiento de llenado y rellenado de la cámara de medición y, por lo tanto, un funcionamiento más estable y fiable de la unidad de sensores que para una cámara de medición de geometría más compleja. Preferiblemente, las paredes que definen el canal de flujo tienen una geometría de forma suave, que evita bordes afilados, proyecciones o cambios de cualquier otra forma repentinos de las dimensiones del canal de flujo. De ese modo, se reduce el riesgo de atrapamiento de burbujas durante las etapas de llenado y rellenado.

Además, según algunas realizaciones de la unidad de sensores, la cámara de medición, vista en proyección vertical, comprende una primera sección con paredes laterales rectas que se extienden axialmente, y una segunda sección con paredes laterales curvas que forman el ensanchamiento alrededor de la superficie del segundo sensor en la segunda posición axial. Ventajosamente, el ensanchamiento se forma por las secciones cóncavas de las paredes laterales abombando hacia afuera, visto desde el interior de la cámara de medición. Preferiblemente, las paredes laterales curvas que forman el ensanchamiento se abomban simétricamente hacia afuera desde las paredes laterales de la sección recta.

De este modo, se proporciona un ensanchamiento suave y, preferiblemente, simétrico. Dicha forma del ensanchamiento es puede definirse fácilmente en una estructura de montaje en capas al adaptar correspondientemente un contorno de una cavidad continua en la junta separadora que define la distribución de la cámara de medición.

Además, según algunas realizaciones de la unidad de sensores, las paredes superior e inferior son paralelas al plano y separadas entre sí por una junta separadora con una cavidad continua que define un contorno de la cámara de medición visto en una proyección vertical, en donde la junta separadora tiene un grosor que determina la altura de la cámara. La presente invención es especialmente útil como mejora en el rendimiento del llenado, vaciado/purga y rellenado de las unidades de sensores, con una sección transversal de canal con forma plana, como las que se tratan y describen en la patente US-8.728.288.

Ventajosamente, según algunas realizaciones de una unidad de sensores para fluidos corporales, el ancho de la cámara excede la altura de la cámara por un factor de al menos dos, al menos tres, al menos cuatro, o aproximadamente cinco. Más ventajosamente, un límite superior del factor por el cual el ancho de la cámara excede la altura de la cámara es seis, u ocho o diez.

Debido a las limitaciones geométricas en las dimensiones de la superficie del sensor, un ancho de las celdas de flujo o de medición mencionadas anteriormente para volúmenes de muestra pequeños es, típicamente, mayor que la altura de las celdas. Por lo tanto, una sección transversal de la celda de flujo o de medición tiene, por lo general, una sección transversal plana y ancha, con forma de ranura de buzón, visto en una dirección axial a lo largo de una dirección de flujo a través de la celda de medición desde una entrada en un extremo hasta una salida en un extremo opuesto de la misma. Las dimensiones típicas para dichas celdas de flujo y de medición pueden estar en el intervalo de milímetros para el ancho, y en un intervalo de submilímetro, tal como unos pocos cientos de micrómetros, para la altura. Aunque estas geometrías y dimensiones de celda pueden asegurar un buen uso de la muestra, esto supone al mismo tiempo un desafío para el llenado, vaciado y rellenado de la cámara de medición

Además, según algunas realizaciones de la unidad de sensores, una altura de cámara se encuentra dentro del intervalo de 100 pm - 1 mm, 200 pm - 800 pm, o 300 pm - 600 pm.

Además, según algunas realizaciones de la unidad de sensores, un ancho de cámara se encuentra dentro del intervalo de 1 mm - 10 mm, 1,5 mm - 7 mm, 2 mm - 4 mm.

La cámara de medición se dimensiona a una escala intermedia entre una macroescala, donde los fenómenos de flujo se dominan por fuerzas de impulso externas aplicadas al canal de fluido, tal como por la presión y el flujo por gravedad, por un lado, y una microescala, donde los fenómenos de flujo microfluídico prevalecen, dominados por fuerzas microscópicas, tales como interacciones capilares entre las paredes del canal de flujo y el fluido. En los canales de flujo que tienen dimensiones en la escala intermedia, tanto los fenómenos de flujo macroscópicos como los microscópicos son de una importancia comparable para el comportamiento del llenado, vaciado y rellenado de una cámara de medición de dichas dimensiones.

Además, según algunas realizaciones de la unidad de sensores, la cámara de medición comprende, además, un elemento de superficie conformador de flujo, dispuesto en una pared de la cámara de medición en una tercera posición axial corriente abajo del ensanchamiento y adyacente al mismo, teniendo el elemento de superficie conformador de flujo una humectabilidad del elemento de superficie para soluciones acuosas, diferente de la humectabilidad de pared del material de superficie de la pared circundante. El elemento conformador de flujo presenta un área de humectabilidad modificada y, por lo tanto, de interacción modificada fluido-sólido a un fluido que fluye a través de la cámara de medición. La interacción modificada influye en la propagación de una interfaz de fluido de frente de flujo a través de la cámara de medición. La interacción de la interfaz, que puede configurarse para variar en una dirección transversal a través de la cámara de medición, por tanto, puede emplearse para formar el frente de flujo, p. ej., para así compensar una deformación axial del frente de flujo.

Además, según algunas realizaciones de la unidad de sensores, la humectabilidad del elemento de superficie del elemento de superficie conformador de flujo, es inferior a la humectabilidad de pared superior e inferior respectivas, para soluciones acuosas.

Además, según algunas realizaciones de la unidad de sensores, el elemento de superficie conformador de flujo se hace o compone de metal, tal como oro, paladio, plata o platina, o cualquier combinación de los mismos, o cualquier material que tenga una propiedad de humectabilidad inferior en comparación con la superficie anterior. La provisión de una superficie de metal permite proporcionar un arrastre inducido por la interacción de interfaz fluido-sólido pronunciada para una conformación eficaz de flujo de un frente de flujo que pasa por el elemento de superficie conformador de flujo. De forma alternativa, los elementos de superficie conformadores de flujo es un sensor, tal como el sensor p CO2, pC>2 o Cl.

Además, según algunas realizaciones de la unidad de sensores, un borde corriente arriba del elemento de superficie conformador de flujo es convexo, visto en una dirección axial desde la entrada hasta la salida. De este modo, se logra una nueva conformación de frente de flujo mejorada que compensa las deformaciones de frente de flujo después de la superficie del segundo sensor. La forma convexa es especialmente útil para el llenado fiable de la cámara de medición con un líquido que reemplace un gas.

Además, según algunas realizaciones de la unidad de sensores, un borde corriente abajo del elemento de superficie conformador de flujo es cóncavo, visto en una dirección axial desde la entrada hasta la salida. De este modo, se logra una nueva conformación de frente de flujo mejorada que compensa las deformaciones de frente de flujo después de la superficie del segundo sensor. La forma cóncava en un lado corriente abajo del elemento de flujo es especialmente útil para el vaciado fiable de la cámara de medición, es decir, llenar la cámara de medición con un gas que reemplace un líquido.

Ventajosamente, según algunas realizaciones, el elemento de superficie conformador de flujo tiene un contorno circular, elíptico, poligonal o similar, tal como un contorno que comprenda secciones de arco curvas. De forma ventajosa, la distribución del elemento de superficie conformador de flujo tiene un contorno regular, preferiblemente, al menos simétrico con respecto a un eje de simetría orientado axialmente. Preferiblemente, el elemento de superficie conformador de flujo se dispone en la misma pared que la superficie del segundo sensor. Además, se puede idear una disposición de una pluralidad de elementos de superficie conformadores de flujo. El elemento de superficie conformador de flujo o parte del elemento conformador de flujo puede, por tanto, ubicarse en la misma pared, en la pared opuesta o en la pared lateral.

Ventajosamente, según algunas realizaciones, el elemento de superficie tiene un ancho que es menor que el ancho del canal en la posición axial del elemento de superficie conformador de flujo. De forma más ventajosa, el elemento de superficie conformador de flujo se dispone centralmente, preferiblemente simétricamente, con respecto a las paredes laterales de la cámara de medición, visto en una dirección horizontal.

Además, según algunas realizaciones de la unidad de sensores, el segundo sensor es un sensor electroquímico de estado sólido cubierto con una membrana selectiva de iones, en donde una capa superior que forma la superficie del segundo sensor, comprende una enzima y un polímero aglutinante. Ventajosamente, el sensor de estado sólido tiene una membrana que forma la superficie del sensor expuesta al interior de la cámara de medición, en donde la membrana es selectivamente transmisora para un ion específico. El material de la membrana puede tener propiedades humectantes específicas, en función de la combinación del polímero aglutinante y la enzima.

Además, según realizaciones preferidas de la unidad de sensores, la enzima es ureasa y el polímero aglutinante es un poliuretano o a base de poliuretano. Un sensor con esta membrana de recubrimiento es útil para detectar/medir la urea en una muestra de un fluido corporal.

Además, según algunas realizaciones de la unidad de sensores, el segundo sensor es un sensor de urea. Al proporcionar un sensor de urea junto con una pluralidad de primeros sensores adaptados para medir un conjunto de parámetros bioanalíticos, tales como los mencionados anteriormente, un escenario de diagnóstico especialmente útil de una muestra relativamente pequeña de un fluido corporal, se puede mapear rápidamente, en donde la forma específica de la cámara de medición que comprende un ensanchamiento en el sensor de urea asegura un rendimiento de llenado, vaciado/purga y rellenado especialmente consistente y fiable.

Breve descripción de los dibujos

Las realizaciones preferidas de la invención se describirán con más detalle en relación con los dibujos anexos, que muestran en

la Fig. 1 una unidad de sensores, según una realización, en una proyección vertical,

la Fig. 2 una vista seccional transversal a lo largo de la línea ll-ll de la unidad de sensores de la Fig. 1,

la Fig. 3 una secuencia de llenado para la unidad de sensores de la Fig. 1,

la Fig. 4 una secuencia de llenado para una unidad de sensores con una cámara de medición conformada según la técnica anterior,

la Fig. 5 una secuencia de vaciado para la unidad de sensores de la Fig. 1, y en

la Fig. 6 una secuencia de vaciado para la unidad de sensores con una cámara de medición del estado de la técnica de la Fig. 4.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

La Fig. 1 muestra una vista en elevación superior de una unidad 1 de sensores adaptada para medir una cantidad de parámetros diferentes de un fluido corporal. La matriz del sensor tiene una cámara 2 de medición que define un canal de flujo para el flujo de líquido desde una entrada en un extremo 3 de entrada hasta una salida en un extremo 4 de salida de la unidad 1 de sensores. La cámara 2 de medición tiene paredes laterales 5, 6 que se extienden axialmente que definen una anchura de cámara de la cámara 2 de medición en una dirección horizontal, y una pared inferior 7 y pared superior 8 (representada transparente en la vista de la Fig. 1) que define una altura de cámara de la cámara 2 de medición en una dirección vertical. La cámara 2 de medición se forma como un canal de flujo de pared generalmente recta que se alarga en la dirección axial desde el extremo 3 de entrada hasta el extremo 4 de salida, en donde las secciones de pared rectas de las paredes laterales 5, 6 son paralelas a la dirección axial. La cámara 2 de medición tiene un ensanchamiento 22 formado por secciones 23, 24 de pared lateral curva abombándose hacia afuera visto desde el interior de la cámara 2 de medición. La distribución de la cámara de medición vista en una proyección vertical (elevación superior) es simétrica con respecto a un eje central S orientado axialmente.

En la Fig. 2 se puede observar mejor una sección transversal de la cámara 2 de medición a lo largo de la línea ll-ll. Las paredes 7, 8 superior e inferior pueden transportarse por sustratos de cableado cerámico C, que hacia el interior de la cámara 2 de medición se cubren mediante encapsulantes, p. ej., vidrio, metal, mineral, tal como caolín, un encapsulante polimérico, o cualquier combinación de los mismos A. Las paredes laterales 5, 6 se definen por una junta separadora B, en donde el grosor de la junta separadora B en una dirección vertical, determina la altura de la cámara 2 de medición. La distribución de la cámara 2 de medición que incluye la sección de pared recta y el ensanchamiento 22, se define como el contorno de una cavidad continua en la junta separadora 9. Cada una de las paredes laterales, la pared superior y la pared inferior tienen una humectabilidad de pared respectiva para soluciones acuosas, según lo determinado por los materiales respectivos expuestos al interior de la cámara de medición. De forma típica, las paredes superior e inferior se recubren con los mismos encapsulantes, p. ej., vidrio, metal, mineral, tal como caolín, o un material encapsulante polimérico, tal como polimetilmetacrilato (PMMA) o polietilmetacrilato (PEM), o cualquier combinación de los mismos. La junta separadora puede ser de diferentes materiales, tales como una película portadora de tereftalato de polietileno (PET), con un adhesivo a cada lado de la misma. En consecuencia, las paredes superior, inferior y lateral tienen una humectabilidad de pared respectiva de los materiales encapsulantes de la pared superior e inferior, y una humectabilidad de pared lateral determinada por el material de la juta separadora - o por una película de agua humectante que cubre el material de la junta separadora después de la imprimación de la cámara.

La unidad de sensores comprende una secuencia de primeros sensores 10a-h alineados en la dirección axial en las primeras posiciones axiales respectivas a lo largo de la longitud de la cámara 2 de medición. Los primeros sensores 10a-h tienen superficies 11 a-h de primeros sensores respectivas expuestas al interior de la cámara 2 de medición. Las superficies 11 a-h de primeros sensores son paralelas a la pared del fondo, y ambas se conforman simétricamente y se disponen simétricamente con respecto al eje central S orientado axialmente. Cada una de las primeras superficies 11 a-h de primeros sensores tiene una primera humectabilidad respectiva para soluciones acuosas, según lo determinado por el material de membrana exterior respectivo expuesto al volumen de la cámara. La primera humectabilidad respectiva puede diferir para cada tipo de sensor, dependiendo del material específico de la membrana externa expuesta al volumen de la cámara. En cada caso, el primer sensor respectivo también puede diferir de la humectabilidad de las paredes que lo rodean. Sin embargo, la humectabilidad del primer sensor y la humectabilidad de la pared son, de forma típica, comparables entre sí. Preferiblemente, las superficies de los primeros sensores y/o las superficies de las paredes expuestas al volumen de la cámara son ligeramente hidrófilas, cerca de una humectación neutra, para un buen rendimiento tanto para el llenado como para el vaciado de la cámara de medición. En particular, un buen rendimiento de vaciado resulta ser bastante crucial para un funcionamiento estable de la unidad de muestras, como un dispositivo de múltiples usos.

La unidad 1 de sensores comprende además un segundo sensor 20 en una segunda posición axial corriente abajo de los primeros sensores. El segundo sensor 20 tiene una superficie 21 del segundo sensor con una segunda humectabilidad para las soluciones acuosas. Los segundos sensores 20 difieren de los primeros sensores en que la superficie 21 de sensor del segundo sensor 20 expuesta al interior de la cámara 2 de medición tiene una humectabilidad significativamente mayor que las superficies 11 a-h de los primeros sensores 10a-h, afectando fuertemente, por tanto, al comportamiento de llenado y vaciado de la cámara de medición, como se tratará más adelante con respecto a las Figs. 3-6. La humectabilidad significativamente mayor resulta en una mayor tendencia a perturbar las interfaces entre un primer fluido, tal como un gas, y un segundo fluido, tal como una muestra líquida de un fluido corporal o una solución acuosa similar, a medida que la interfaz se desplaza como un frente de flujo a lo largo de la cámara 2 de medición, y pasa la superficie 21 del segundo sensor. El ensanchamiento 22 formado por las secciones 23, 24 de pared lateral curvas abombadas hacia fuera de forma cóncava, actúa para estabilizar los frentes de flujo a medida que pasan la segunda posición axial, al ofrecer conductos de flujo paralelos a cada lado alrededor de la superficie 21 del segundo sensor. Las superficies de los conductos de flujo paralelos expuestos a la cámara 2 de medición tienen propiedades de humectabilidad correspondientes a las partes restantes de la cámara 2, con una humectabilidad de pared de los materiales encapsulantes de la pared superior e inferior, y con una humectabilidad de pared lateral determinada por el material de la junta separadora - o por una película de agua humectante que cubre el material de la junta separadora después de la imprimación de la cámara.

La unidad 1 de sensores comprende, además, un elemento 30 de superficie conformador de flujo con una superficie 31 orientada hacia el interior de la cámara de medición en una tercera posición axial corriente abajo de la segunda posición axial. El elemento 30 de superficie conformador de flujo se dispone en la pared inferior 7 con su superficie 31 paralela a la misma. La superficie expuesta 31 del elemento 30 de superficie conformador de flujo se hace de o comprende un metal, tal como oro, paladio, plata, platina, o cualquier combinación de los mismos, o cualquier material que tenga una propiedad de humectabilidad inferior en comparación con la superficie anterior, y tiene una humectabilidad de elemento de superficie que es inferior a la humectabilidad de pared de las superficies de pared inferior circundantes.

Los ángulos de contacto reales para los fluidos en contacto con las diversas superficies sólidas diferentes que conforman el interior de la cámara 2 de medición son difíciles de definir y medir dentro de la geometría confinada de un pequeño canal de flujo, tal como las típicas cámaras de medición de escala intermedia para fluidos corporales que tienen dimensiones en un régimen entre una macroescala y una microescala. Sin embargo, el comportamiento de humectación diferente de las diferentes superficies y su importancia para el comportamiento de llenado y vaciado puede, sin embargo, visualizarse y grabarse utilizando tecnologías de visión de alta velocidad, para así observar el desempeño dinámico de llenado y vaciado de un canal específico. Esto se describe a manera de ejemplo en lo siguiente. El Ejemplo 1 describe detalles de materiales y dimensiones para una unidad de sensores, según una realización, con referencia a la distribución, como se muestra en las Figs. 1 y 2. El Ejemplo 2 proporciona la visualización de los datos obtenidos de una unidad de sensores según el Ejemplo 1 que tiene un ensanchamiento 22, como se muestra en la Fig. 1 en comparación con una distribución del estado de la técnica sin dicho ensanchamiento en la cámara de medición.

Ejemplo 1

Haciendo referencia a las siguientes realizaciones mostradas en las Figs. 1 y 2 descritas anteriormente, se proporciona un ejemplo no limitativo para una elección ventajosa de materiales y dimensiones para una unidad 1 de sensores. La unidad 1 de sensores tiene paredes 7, 8 superior e inferior hechas de un sustrato de cerámica C de 0,7 mm de espesor cubierto por un encapsulante polimérico A, tal como un polímero basado en polimetilmetacrilato (PMMA) o polietilmetacrilato (PEM). Las paredes 7, 8 superior e inferior se separan por la junta separadora B fabricada de un portador de tereftalato de polietileno (PET) de 250 pm de espesor, con un adhesivo termoplástico basado en caucho de 75 pm a cada lado de las mismas, dando como resultado una altura de cámara de 400 pm ± 20 pm. La cavidad continua que define la distribución de la cámara 2 de medición tiene en dirección axial una longitud de 34 mm y en una dirección horizontal perpendicular a la dirección axial una anchura constante de 2,3 mm en la región de las secciones de pared recta. Se forma simétricamente un ensanchamiento circular de un diámetro de 3 mm sobre el canal recto en una posición axial a 9,1 mm del extremo corriente abajo de la cámara de medición, concéntrico con una ubicación del segundo sensor en la pared inferior.

Una secuencia de las ubicaciones de los primeros sensores puede ocuparse por los siguientes primeros sensores 10a-h con los correspondientes materiales 11 a-h de las superficies de los primeros sensores:

sensor 10a / superficie 11 a: pÜ2 (óptica) / ventana rígida de PVC

sensor 10b / superficie 11 b: vacante / encapsulante de pared

sensor 10c / superficie 11c: Ca2+ / PVC plastificado

sensor 10d / superficie 11d: Cl- / epoxi

sensor 10e / superficie 11 e: pH / PVC plastificado

sensor 10f / superficie 11f: pC2 / silicona

sensor 10g / superficie 11g: Na+ / PVC plastificado

sensor 10h / superficie 11 h: K+ / PVC plastificado

Un segundo sensor 20 puede ser un sensor de urea, tal como el que se describe en la solicitud en trámite de patente internacional PCT/EP2016/080607, que se incorpora en la presente memoria como referencia, en particular en la página 14-15 y el Ejemplo 1 en la página 16. En particular, el sensor de urea puede exponer una capa de enzima como superficie 21 del segundo sensor hacia la cámara de medición que comprende una enzima y un polímero aglutinante. En particular, la enzima es ureasa y el polímero aglutinante es un polímero a base de poliuretano. Más particularmente, el componente enzimático y el polímero aglutinante a base de poliuretano están presentes en aproximadamente 50 % cada uno. Cuando se expone a una solución acuosa, la matriz polimérica aglutinante a base de poliuretano absorbe aproximadamente 100 % de agua, lo que lleva a una expansión considerable de la capa de membrana que forma la superficie del segundo sensor.

Un elemento 30 de superficie conformador de flujo puede hacerse de oro o de una aleación de oro.

Ejemplo 2

Haciendo referencia a las Figs. 3-6 en lo siguiente, los datos de visualización de un estudio comparativo se ilustran como secuencias tomadas de grabaciones de vídeo a alta velocidad del llenado y vaciado de las dos unidades 1 de sensores con diferentes cámaras 2 de medición, en donde las características correspondientes de las diferentes cámaras 2 de medición se designan con los mismos números de referencia. La cámara 2 de medición de la unidad 1 de sensores mostrada en las Figs. 3 y 5 corresponde a la realización mostrada en la Fig. 1 con las especificaciones adicionales, según el Ejemplo 1 y un ensanchamiento 22 en la ubicación del segundo sensor 20. La unidad de sensores mostrada en las Figs. 4 y 6 difiere de la unidad de sensores mostrada en las Figs. 3 y 5 únicamente por la ausencia de cualquier ensanchamiento en la cámara de medición y, en particular, por la ausencia de cualquier ensanchamiento alrededor del segundo sensor 20. La distribución de la cámara de medición de las Figs. 4 y 6 como un canal largo paralelo sin ensanchamiento, correspondería a la distribución del canal de flujo de una unidad de sensores de la técnica anterior. De lo contrario, las unidades de sensores mostradas en las Figs. 3-6 son idénticas, incluido la presencia de un segundo sensor 20 y de un elemento 30 de superficie conformador de flujo elíptico corriente abajo del segundo sensor 20. En lo siguiente, el término “ llenado” hace referencia a reemplazar un gas 301,401 en la cámara 2 de medición respectiva, introduciendo una solución acuosa 302, 402, que simula una muestra de fluido corporal, en la cámara 2 de medición desde el extremo 3 de entrada, y “vaciado” hace referencia a reemplazar la solución acuosa 502, 602 de nuevo por el gas 501, 601 que se inyecta desde el extremo 3 de entrada. En todas las cuatro Figs. 3-6, la dirección de flujo es desde el extremo 3 de entrada a la derecha, hasta el extremo 4 de salida a la izquierda, como también se indica mediante flechas en cada fotograma (a)-(c). A todas las cámaras de medición se les aplicó imprimación con una solución acuosa antes de las secuencias grabadas mostradas en las Figs. 3-6. Por lo tanto, se considera que el material de la junta separadora de las paredes laterales está completamente humectado mediante una película acuosa muy delgada.

Donde realizaron grabaciones de alta velocidad del llenado con una cámara de alta velocidad EoSens 3CL MC3011 con un sensor de imagen CMOS comercializado por Mikrotron GmbH, Alemania, utilizando un kit de software de adquisición de imágenes (MBDirector KIT 2) con configuraciones típicas de los parámetros de grabación fijados a un tiempo de obturador de 3500 ps, una tasa de fotogramas de 285 fotogramas por segundo a un tamaño de fotograma de 1200 x 122 píxeles. Se puede observar que los caudales están en el intervalo de microlitros por segundo (pl/s), en donde los valores típicos son al menos 20 pl/s para el vaciado y hasta 65 pl/s para el llenado, y habitualmente de aproximadamente 35 pl/s.

En las grabaciones de vídeo obtenido a alta velocidad, la evolución de la forma de los respectivos frentes 300a-c, 400a-c, 500a-c, 600a-c de flujo se observa cada vez como la interfaz de gas-líquido o de líquido-gas se desplaza a lo largo de la cámara de medición y, en particular, como los frentes 300a-c, 400a-c, 500a-c, 600a-c de flujo pasan sobre la superficie 21 de segundo sensor del segundo sensor 20 en la segunda posición axial y sobre la superficie 31 del elemento 30 de superficie conformador de flujo en la tercera posición axial corriente abajo de la segunda posición axial. En cada una de las Figs. 3-6 se seleccionan tres fotogramas de las grabaciones de vídeo en donde los frentes 300, 400, 500, 600 de flujo están en las ubicaciones correspondientes en la cámara 2 de medición, a saber (a) en el extremo corriente abajo de la secuencia de los primeros sensores 10, justo antes de alcanzar el segundo sensor 20; (b) en el segundo sensor 20; y (c) justo aguas abajo del segundo sensor 20, en el elemento 30 de superficie conformador de flujo. Los fotogramas de vídeo seleccionados a continuación se convierten en trazos tipo dibujos en blanco y negro de líneas, en los que la fase líquida cada vez se indica como un área sombreada.

La Fig. 3 muestra una secuencia de llenado en una cámara 2 de medición con un ensanchamiento 22 alrededor del segundo sensor 20. En el primer fotograma (a), un frente 300a de flujo se acerca al segundo sensor 20. El frente 300a de flujo es cóncavo visto desde la fase gaseosa 301 hacia la fase líquida 302. En el segundo fotograma (b), el frente 300b de flujo alcanzó el segundo sensor 20 y se extendió en una dirección transversal sobre el ensanchamiento 22. El frente 300b de flujo se deforma debido al comportamiento humectante altamente hidrófilo de la superficie del segundo sensor 20 dispuesto centralmente. Sin embargo, el segundo sensor 20 dispuesto centralmente se rodea por conductos de flujo paralelos a los abombamientos de ensanchamiento que presentan un comportamiento humectante al líquido que corresponde a la humectabilidad de pared del encapsulante de la pared inferior que, claramente, es significativamente inferior a la humectabilidad de la superficie del segundo sensor. Se observa un menisco pronunciado de líquido que se proyecta hacia la dirección de flujo sobre la superficie del segundo sensor, que se estabiliza mediante los conductos de flujo paralelos dispuestos simétricamente del ensanchamiento 22, donde el comportamiento humectante se fija a la humectabilidad de la pared inferior. En el tercer fotograma (c), el frente 300c de flujo alcanzó el borde corriente arriba de un elemento 30 de superficie conformador de flujo que tiene una humectabilidad inferior a la humectabilidad de pared del encapsulante de la pared inferior circundante. La interacción superficial del líquido con el elemento de superficie conformador de flujo retarda la propagación del líquido en el centro en comparación con las regiones de borde. Como consecuencia, el frente 300c de flujo recupera su forma cóncava visto desde la fase 301 gaseosa anterior hacia la fase 302 líquida posterior.

La Fig. 4 muestra una secuencia de llenado en una cámara 2 de medición sin ningún ensanchamiento alrededor del segundo sensor 20. En el primer fotograma (a), un frente 400a de flujo se acerca al segundo sensor 20. El frente 400a de flujo es cóncavo visto desde la fase gaseosa 401 hacia la fase líquida 402. En el segundo fotograma (b), el frente 400b de flujo alcanzó el segundo sensor 20. El frente 400b de flujo se ha “ inclinado” , debido al comportamiento humectante altamente hidrófilo de la superficie del segundo sensor 20 en combinación con pequeñas variaciones en la humectabilidad de la pared lateral. El frente 400b de flujo se considera desestabilizado y presenta una forma compleja. En el tercer fotograma (c), el frente 400c de flujo alcanzó el borde corriente arriba del elemento 30 de superficie conformador de flujo que tiene una humectabilidad inferior a la humectabilidad de pared del encapsulante de la pared inferior circundante. La interacción superficial del líquido con el elemento de superficie conformador de flujo ralentiza la propagación del líquido en el centro en comparación con las regiones de borde, y el frente 400c de flujo mantiene su forma cóncava visto desde la fase 401 gaseosa anterior hacia la fase 402 líquida que sigue. Sin embargo, como consecuencia de la inestabilidad del frente 400b de flujo al pasar sobre el segundo sensor 20, una burbuja 99 quedó atrapada en el segundo sensor 20.

La Fig. 5 muestra una secuencia de vaciado en una cámara 2 de medición con un ensanchamiento 22 alrededor del segundo sensor 20. En el primer fotograma (a), un frente 500a de flujo se acerca al segundo sensor 20. El frente 500a de flujo es cóncavo visto desde la fase gaseosa 501 hacia la fase líquida 502. En el segundo fotograma (b), el frente 500b de flujo alcanzó el segundo sensor 20 y se extendió en una dirección transversal sobre el ensanchamiento 22. El frente 500b de flujo se deforma debido al comportamiento humectante altamente hidrófilo de la superficie del segundo sensor 20 dispuesto centralmente. Sin embargo, el segundo sensor 20 dispuesto centralmente se rodea por conductos de flujo paralelos a los abombamientos de ensanchamiento que presentan un comportamiento humectante al líquido que corresponde a la humectabilidad de pared del encapsulante de la pared inferior que, claramente, es significativamente inferior a la humectabilidad de la superficie del segundo sensor. Se observa un perfil aplanado cuando el frente 500b de flujo se propaga sobre el segundo sensor 20, que se estabiliza por los conductos de flujo paralelos dispuestos simétricamente del ensanchamiento 22, en donde el comportamiento humectante se fija a la humectabilidad de la pared inferior. En el tercer fotograma (c), el frente 500c de flujo alcanzó el borde corriente abajo de un elemento 30 de superficie conformador de flujo que tiene una humectabilidad que es inferior a la humectabilidad de pared del encapsulante de la pared inferior circundante. A medida que la fase líquida 502 pasa sobre el elemento 30 de superficie conformador de flujo, la interacción superficial del líquido 502 con el elemento 30 de superficie conformador de flujo repele la fase líquida 502 hacia regiones con mayor humectabilidad. El borde corriente abajo del elemento 30 de superficie conformador de flujo es cóncavo visto en una dirección axial desde la entrada hacia la salida, es decir, visto en la dirección del flujo. Como consecuencia, el frente 500c de flujo recupera su forma cóncava visto desde la fase 501 gaseosa posterior hacia la fase 502 líquida anterior.

La Fig. 6 muestra una secuencia de vaciado en una cámara 2 de medición sin ningún ensanchamiento alrededor del segundo sensor 20. En el primer fotograma (a), un frente 600a de flujo se acerca al segundo sensor 20. El frente 600a de flujo es cóncavo visto desde la fase 601 gaseosa posterior hacia la fase 602 líquida anterior. En el segundo fotograma (b), el frente 600b de flujo alcanzó el segundo sensor 20. El frente 600b de flujo se ha “ inclinado” debido al comportamiento humectante altamente hidrófilo de la superficie del segundo sensor 20 en combinación con pequeñas variaciones en la humectabilidad de la pared lateral. El frente 600b de flujo se considera desestabilizado y presenta una forma compleja. En el tercer fotograma (c), el frente 600c de flujo pasó el elemento 30 de superficie conformador de flujo que tiene una humectabilidad que es inferior a la humectabilidad de pared del encapsulante de la pared inferior circundante. A medida que la fase líquida 602 pasa sobre el elemento 30 de superficie conformador de flujo, la interacción superficial del líquido 602 con el elemento 30 de superficie conformador de flujo repele la fase líquida 602 hacia regiones con mayor humectabilidad. El borde corriente abajo del elemento 30 de superficie conformador de flujo es cóncavo visto en una dirección axial desde la entrada hacia la salida, es decir, visto en la dirección del flujo. En consecuencia, el frente 600c de flujo recupera su forma cóncava vista desde la fase 601 gaseosa posterior, hacia la fase 602 líquida anterior. Sin embargo, en consecuencia de la inestabilidad del frente 600b de flujo al pasar sobre el segundo sensor 20, una gotita 98 permanece en el segundo sensor 20.

Claims (15)

1. REIVINDICACIONES

   i. Unidad (1) de sensores de múltiples usos para fluidos corporales, comprendiendo la unidad de sensores:

   - una cámara (2) de medición que se extiende en una dirección axial desde una entrada (3) hasta una salida (4), teniendo la cámara (2) de medición una sección transversal con paredes laterales (5, 6) que definen una anchura de cámara en una dirección horizontal, y con paredes (7, 8) superior e inferior que definen una altura de cámara en una dirección vertical, teniendo cada una de las paredes laterales (5, 6), la pared superior (8) y la pared inferior (7) una permeabilidad de pared respectiva para soluciones acuosas;

   - un primer sensor (10a-h) adaptado para medir un primer parámetro de fluidos corporales, teniendo el primer sensor una superficie (11 a-h) del primer sensor expuesta al interior de la cámara de medición en una primera posición axial, teniendo la superficie del primer sensor una primera humectabilidad para soluciones acuosas; y

   - un segundo sensor (20) adaptado para medir un segundo parámetro de fluidos corporales, teniendo el segundo sensor una superficie (21) del segundo sensor expuesta al interior de la cámara de medición en una segunda posición axial corriente arriba o corriente abajo desde la primera posición axial, caracterizado por que la superficie del segundo sensor tiene una segunda humectabilidad para soluciones acuosas mayor que la primera humectabilidad;

   en donde en la segunda posición axial el ancho de la cámara excede el ancho de la superficie del segundo sensor, y en donde la cámara de medición en la segunda posición axial (22) tiene un ensanchamiento en una dirección horizontal comparada con la primera posición axial.
2. 2. Unidad (1) de sensores para fluidos corporales según la reivindicación 1, en donde la segunda humectabilidad para soluciones acuosas de la superficie del segundo sensor es superior a la humectabilidad de pared para soluciones acuosas.
3. 3. Unidad (1) de sensores para fluidos corporales según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde el segundo sensor está en una dirección horizontal dispuesta centralmente en la cámara de medición.
4. 4. Unidad (1) de sensores para fluidos corporales según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la cámara de medición es simétrica con respecto a un eje de simetría orientado axialmente visto en una proyección vertical.
5. 5. Unidad (1) de sensores para fluidos corporales según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la cámara (2) de medición vista en una proyección vertical comprende:

   - una primera sección con paredes laterales rectas que se extienden axialmente; y

   - una segunda sección con paredes laterales curvas que forman el ensanchamiento alrededor de la superficie del segundo sensor en la segunda posición axial.
6. 6. Unidad (1) de sensores para fluidos corporales según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las paredes (7, 8) superior e inferior son paralelas al plano y separadas entre sí por una junta separadora con una cavidad continua que define un contorno de la cámara de medición visto en una proyección vertical, en donde la junta separadora tiene un grosor que determina la altura de la cámara.
7. 7. Unidad (1) de sensores para fluidos corporales según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde una altura de cámara está dentro del intervalo de 100 pm - 1 mm, 200 pm - 800 pm, o 300 pm -600 pm.
8. 8. Unidad (1) de sensores para fluidos corporales según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde un ancho de cámara está dentro del intervalo de 1-10 mm, 1,5-7 mm, 2-4 mm.
9. 9. Unidad (1) de sensores para fluidos corporales según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la cámara de medición comprende además un elemento de superficie conformador de flujo dispuesto en una pared de la cámara de medición en una tercera posición axial corriente abajo del ensanchamiento y adyacente al mismo, teniendo el elemento de superficie conformador de flujo una humectabilidad de elemento de superficie para soluciones acuosas diferente de una humectabilidad de pared de material de superficie de pared circundante.
10. 10. Unidad (1) de sensores para fluidos corporales según la reivindicación 9, en donde la humectabilidad del elemento de superficie del elemento de superficie conformador de flujo es menor que la humectabilidad de la pared superior e inferior respectivas para soluciones acuosas.
11. 11. Unidad (1) de sensores para fluidos corporales según la reivindicación 9 o la reivindicación 10, en donde el elemento de superficie conformador de flujo se hace de metal, tal como oro.
12. 12. Unidad (1) de sensores para fluidos corporales según cualquiera de las reivindicaciones 9-11, en donde un borde corriente arriba del elemento de superficie conformador de flujo es convexo visto en una dirección axial desde la entrada hasta la salida.
13. 13. Unidad (1) de sensores para fluidos corporales según cualquiera de las reivindicaciones 9-12, en donde un borde corriente abajo del elemento de superficie conformador de flujo es cóncavo visto en una dirección axial desde la entrada hasta la salida.
14. 14. Unidad (1) de sensores para fluidos corporales según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el segundo sensor es un sensor electroquímico de estado sólido cubierto con una membrana selectiva de iones, en donde una capa superior que forma la superficie del segundo sensor comprende una enzima y un polímero aglutinante.
15. 15. Unidad (1) de sensores para fluidos corporales según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el segundo sensor es un sensor de urea.