ITTO20130447A1 - Valvola microfluidica a membrana e procedimento per fabbricare una valvola microfluidica a membrana - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“VALVOLA MICROFLUIDICA A MEMBRANA E PROCEDIMENTO PER FABBRICARE UNA VALVOLA MICROFLUIDICA A MEMBRANAâ€

La presente invenzione à ̈ relativa a una valvola microfluidica a membrana e a un procedimento per fabbricare una valvola microfluidica a membrana.

Sono noti vari tipi di valvole microfluidiche, utilizzate in dispositivi microfluidici. In particolare, sono note valvole microfluidiche passive, che sono azionate unicamente da differenze di pressione e possono essere utilizzate ad esempio come valvole di non ritorno, e valvole microfluidiche comandate, che possono essere aperte o chiuse mediante dispositivi attuatori dedicati in maniera in larga misura indipendente dalle condizioni di pressione.

Valvole microfluidiche possono essere utilizzate in circuiti e dispositivi microfluidici in diversi settori, ad esempio per realizzare microreattori, sistemi per analisi biochimiche, testine di stampa a getto di inchiostro.

La struttura delle valvole microfluidiche, e specialmente delle valvole comandate, à ̈ spesso piuttosto complessa e può comportare problemi in termini di affidabilità, oltre che elevati costi di fabbricazione.

Uno degli aspetti che comporta maggiori problemi à ̈ di regola l’integrazione di microcanali e di organi mobili, necessari per il funzionamento, all’interno della microstruttura che forma il corpo valvola. Spesso sono infatti richieste complesse operazioni di microlavorazione o, in alternativa, occorre utilizzare diversi stampi per realizzare porzioni di dispositivo in altrettanti substrati distinti, che poi vengono uniti. In quest’ultimo caso, non à ̈ raro che ci siano difficoltà anche per il corretto allineamento dei vari substrati.

Il problema della complessità realizzativa à ̈ particolarmente, anche se non esclusivamente, avvertito nelle valvole microfluidiche comandate, per cui devono essere previsti anche dispositivi attuatori.

Scopo della presente invenzione à ̈ fornire una valvola microfluidica a membrana e un procedimento per fabbricare una valvola microfluidica a membrana che siano di semplice realizzazione.

Secondo la presente invenzione vengono forniti una valvola microfluidica a membrana e un procedimento per fabbricare una valvola microfluidica a membrana come definiti rispettivamente nelle rivendicazioni 1 e 15.

Per una migliore comprensione dell’invenzione, ne verranno ora descritte alcune forme di realizzazione, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1 à ̈ una vista in pianta dall’alto, con parti asportate per chiarezza, di una valvola microfluidica in accordo a una forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 2 una sezione trasversale della valvola microfluidica di figura 1 in una prima configurazione operativa, presa lungo la linea II-II di figura 1;

- la figura 3 mostra la vista di figura 2 in una seconda configurazione operativa;

- la figura 4 mostra la vista di figura 2 in una terza configurazione operativa;

- la figura 5 à ̈ una sezione trasversale di una valvola microfluidica in accordo a un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 6 à ̈ una sezione trasversale di una valvola microfluidica in accordo a un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 7 à ̈ una sezione trasversale di una valvola microfluidica in accordo a un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 8 à ̈ una vista in pianta dall’alto, con parti asportate per chiarezza, di una valvola microfluidica in accordo a un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione; e

- la figura 9 à ̈ una vista in pianta dall’alto, con parti asportate per chiarezza, di una valvola microfluidica in accordo a un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione.

Con riferimento alle figure 1 e 2, una valvola microfluidica, indicata nel suo complesso con il numero 1, comprende un primo strato strutturale 2, un secondo strato strutturale 3, unito al primo strato strutturale 2, una membrana 4 disposta fra il primo strato strutturale 2 e il secondo strato strutturale 3 e un dispositivo attuatore 5. In una forma di realizzazione, la valvola microfluidica 1 Ã ̈ alloggiata su un substrato di supporto 6, ad esempio un vetrino, una lastra in materiale polimerico o una scheda per circuiti stampati.

Il primo strato strutturale 2 alloggia, in una porzione superficiale, un circuito microfluidico 7, che à ̈ almeno in parte delimitato dalla membrana 4. Più in dettaglio, il primo strato strutturale 2 à ̈ una lastrina in materiale polimerico, ad esempio PDMS (polidimetilsilossano), e il circuito microfluidico 7 à ̈ realizzato mediante stampaggio su una faccia del primo strato strutturale 2 destinata in uso a essere unita al secondo strato strutturale 3. Il primo strato strutturale potrebbe essere comunque realizzato in un diverso materiale, come vetro, ceramica o un materiale semiconduttore.

Il circuito microfluidico 7 comprende un primo condotto microfluidico 9 e un secondo condotto microfluidico 10, disposti adiacenti l’uno all’altro in una regione attiva 13 e separati da una parete 12 nella regione attiva 13. In una forma di realizzazione, in particolare, il primo condotto microfluidico 9 à ̈ un canale avente un’estremità 9a confinante con il secondo condotto microfluidico 10. La parete 12 à ̈ conformata a U e circonda l’estremità 9a del primo condotto microfluidico 9, separandola dal secondo condotto microfluidico 10 nella regione attiva 13.

Un’estremità 10a del secondo condotto microfluidico 10 forma una camera che circonda l’estremità 9a del primo condotto microfluidico 9 e la parete 12 nella regione attiva 13.

Il secondo strato strutturale 3 può essere realizzato nello stesso materiale utilizzato per il primo strato strutturale 2 (PDMS) e presenta un recesso 15 in una posizione corrispondente alla regione attiva 13. Il recesso 15 contiene un fluido aeriforme, ad esempio aria, e può essere in comunicazione fluidica con l’esterno o sigillato dalla membrana 4.

Il primo strato strutturale 2 e il secondo strato strutturale 3 sono uniti l’uno all’altro e la membrana 4 à ̈ disposta fra essi. In particolare, la membrana 4 si estende almeno nella regione attiva 13, ma può avere dimensioni maggiori, ad esempio corrispondenti alle dimensioni del primo strato strutturale 2 e del secondo strato strutturale 3. Nella regione attiva 13, la membrana 4 delimita su un lato il circuito microfluidico 7. Inoltre, la membrana 4 separa il circuito microfluidico 7, in particolare le estremità 9a, 10a del primo condotto microfluidico 9 e del secondo condotto microfluidico 10, dal recesso 15.

La membrana 4 à ̈ flessibile ed realizzata anch’essa in un materiale polimerico, in particolare PDMS in una forma di realizzazione. La membrana 4, tuttavia, à ̈ addizionata di particelle di un materiale magnetico (in particolare ferromagnetico o paramagnetico) e pertanto risponde all’azione di campi magnetici con una deflessione commisurata all’intensità del campo magnetico applicato. In una forma di realizzazione, la membrana 4 contiene particelle di ferro carbonile magnetizzate. Inoltre, le particelle di ferro carbonile hanno diametro di circa 5-8 µm e il rapporto Fe/PDMS in massa à ̈ circa 3:1.

La membrana 4 ha una posizione di chiusura e una posizione di apertura, rispettivamente in assenza e in presenza di uno stimolo di attuazione, che nell’esempio descritto à ̈ un campo magnetico generato dal dispositivo attuatore 5.

Qui e nel seguito, “assenza†e “presenza†di uno stimolo di attuazione devono essere intese in senso ampio. In particolare, si intende che ci si trova in assenza di stimolo di attuazione quando lo stimolo di attuazione à ̈ nullo o inferiore a una soglia a cui corrisponde una forza sufficiente a portare o mantenere la membrana 4 nella posizione di apertura. Viceversa, si intende che ci si trova in presenza dello stimolo di attuazione quando lo stimolo di attuazione à ̈ maggiore della soglia. Inoltre, in una diversa forma di realizzazione la posizione di chiusura e la posizione di apertura possono corrispondere rispettivamente alla presenza e all’assenza dello stimolo di attuazione.

Nella posizione di chiusura (figura 2), la membrana 4 Ã ̈ disposta contro la parete 12 in tutta la regione attiva 13 sopra al recesso 15. Pertanto, la membrana 4 e la parete 12 separano e disaccoppiano fluidicamente il primo condotto microfluidico 9 e il secondo condotto microfluidico 10.

Nella posizione di apertura (figura 3), la membrana 4 Ã ̈ almeno in parte separata dalla parete 12 e ritratta nel recesso 15. In questa condizione, il primo condotto microfluidico 9 e il secondo condotto microfluidico 10 sono fluidicamente accoppiati mediante un passaggio fluidico 17 definito fra la membrana 4 e la parete 12.

Inoltre, la membrana 4 oppone una resistenza che mantiene la condizione di chiusura fino a quando la differenza di pressione fra il primo condotto microfluidico 9 e il secondo condotto microfluidico 10 Ã ̈ inferiore a una soglia di apertura. Quando lo stimolo di attuazione viene rimosso, la membrana 4 torna spontaneamente nella posizione di chiusura.

Il dispositivo attuatore 5 comprende un avvolgimento 18 e un circuito di pilotaggio 19. In una forma di realizzazione, l’avvolgimento 18 à ̈ disposto su una faccia esterna del substrato di supporto 6, in posizione corrispondente al recesso 15 e alla regione attiva 13 della valvola microfluidica 1.

Il circuito di pilotaggio 19 à ̈ configurato per alimentare una corrente I1all’avvolgimento 18 in risposta a un segnale di controllo SC1, ad esempio fornito da un’unità di elaborazione esterna, qui per semplicità non mostrata. La corrente I1fornita all’avvolgimento 18 causa un campo magnetico e, di conseguenza, una forza magnetica FM1di intensità sufficiente a portare e mantenere la membrana 4 nella posizione di apertura.

In una forma di realizzazione, il circuito di pilotaggio 19, à ̈ configurato per fornire all’avvolgimento 18 alternativamente la corrente I1, come già descritto, e una corrente I2(figura 4) di segno contrario (non necessariamente di uguale intensità), in risposta a un segnale di controllo SC2. Quando l’avvolgimento 18 riceve la corrente I2, per effetto del campo magnetico generato la membrana 4 à ̈ sottoposta a una forza magnetica FM2opposta alla forza magnetica FM1. La forza magnetica FM2preme la membrana 4 contro il bordo della parete 12 e favorisce la chiusura della valvola microfluidica 1. La valvola microfluidica 1 à ̈ quindi in grado di contrastare differenze di pressione maggiori fra il primo condotto 9 e il secondo condotto 10 rispetto al caso in cui la chiusura à ̈ determinata dalla sola resistenza della membrana 4.

La valvola microfluidica 1 permette di ottenere tenuta fluidica soddisfacente e richiede forze di attuazione di modesta intensità. Grazie alla sua struttura, la valvola microfluidica 1 può facilmente essere integrata in dispositivi microfluidici.

Inoltre, la valvola microfluidica 1 può essere realizzata in modo semplice e con bassi costi, ad esempio mediante il seguente procedimento. Il circuito microfluidico 7 viene inizialmente realizzato in una porzione superficiale nel primo strato strutturale 2. Il circuito microfluidico 7 può essere realizzato in fase di stampaggio del primo strato strutturale 2 oppure a fresa, se il primo strato strutturale 2 à ̈ in materiale polimerico. Possono essere utilizzate anche tecniche fotolitografiche di attacco, ad esempio se il primo strato strutturale 2 à ̈ in materiale semiconduttore. A questo punto, il circuito microfluidico 7, à ̈ aperto su una faccia del primo strato strutturale 2 destinata a essere unita al secondo strato strutturale 3.

Il secondo strato strutturale 3 viene lavorato, ad esempio a fresa, per realizzare il recesso 15 e poi unito al substrato di supporto 6. Il recesso 15 può essere cieco oppure passante attraverso il secondo strato strutturale 3. in quest’ultimo caso, il recesso 15 à ̈ delimitato su un lato dal substrato di supporto 6. Le dimensioni del recesso possono essere leggermente maggiori rispetto a quelle della camera formata dall’estremità 10a del secondo condotto microfluidico 10.

La membrana 4, funzionalizzata incorporando particelle di materiale ferromagnetico, viene disposta fra il primo strato strutturale 2 e il secondo strato strutturale 3, i quali vengono uniti fra loro. Il primo strato strutturale 2 e il secondo strato strutturale 3 possono essere uniti direttamente l’uno all’altro, con la membrana 4 che si estende solo su un’area circondante la regione attiva 13. In alternativa, la membrana 4 può avere dimensioni maggiori e il primo strato strutturale 2 e il secondo strato strutturale 3 sono uniti a opposte facce della membrana 4 stessa.

Il procedimento à ̈ semplice, non presenta fasi critiche e quindi ha anche resa elevata. Grazie al fatto che il circuito microfluidico à ̈ in pratica interamente realizzato nel primo strato strutturale 2, l’allineamento del primo strato strutturale 2 e del secondo strato strutturale 3 non presenta difficoltà.

In una valvola microfluidica 100 in accordo a una diversa forma di realizzazione, illustrata in figura 5, il dispositivo attuatore 5 Ã ̈ sostituito da un dispositivo attuatore 105, che comprende un magnete 118 permanente e un azionamento elettromeccanico 119.

L’azionamento elettromeccanico 119 consente di spostare il magnete 118 fra una posizione inattiva e una posizione attiva. La posizione attiva del magnete 118 à ̈ una posizione corrispondente al recesso 15 e alla regione attiva 13. Nella posizione attiva, il campo magnetico generato dal magnete 118 agisce sulla membrana 4, che si ritrae nel recesso 15 e permette la connessione fluidica fra il primo condotto microfluidico 9 e il secondo condotto microfluidico 10. Pertanto, quando il magnete 118 à ̈ nella posizione attiva, la valvola microfluidica 100 à ̈ aperta. Viceversa, quando il magnete 118 si trova nella posizione inattiva, la forza esercitata sulla membrana 4 per effetto del campo magnetico non à ̈ sufficiente a deflettere la membrana 4 stessa verso il recesso 15 e la valvola microfluidica 100 à ̈ chiusa.

In figura 6, una micropompa 120 aspirante à ̈ collegata a uno fra il primo condotto microfluidico 9 e il secondo condotto microfluidico 10, il quale funge da uscita della valvola microfluidica 100, (il secondo condotto microfluidico 10 nell’esempio di figura 6). La micropompa 104, quando attivata, crea una depressione all’interno del secondo canale microfluidico 10 e, di conseguenza, applica una forza aspirante FAche tende a contrastare l’azione del magnete 118, la deflessione (displacement) della membrana 4 e l’apertura della valvola microfluidica 100. La micropompa 120 può essere quindi utilizzata per modulare la soglia di apertura della valvola microfluidica 100 attraverso la forza aspirante FA.

Nella forma di realizzazione di figura 7, una valvola microfluidica 200 comprende il primo strato strutturale 2, il secondo strato strutturale 3, la membrana 4 un dispositivo attuatore 205.

Il dispositivo attuatore 205 à ̈ accoppiato a uno fra il primo condotto microfluidico 9 e il secondo condotto microfluidico 10, il quale funge da ingresso della valvola microfluidica 200, (il primo condotto microfluidico 9 nell’esempio di figura 7). Il dispositivo attuatore 205 à ̈ configurato in modo da generare nel primo condotto microfluidico 9 una pressione di attuazione maggiore della pressione nel secondo condotto microfluidico 10 e nel recesso 15. Il dispositivo attuatore 205 può essere comandato oppure di tipo passivo. Nel primo caso, il dispositivo attuatore 205 può comprendere una micropompa, configurata per generare la pressione di attuazione in risposta a un segnale elettrico di controllo fornito da un’unità di controllo (non mostrata). Nel secondo caso, il dispositivo attuatore 205 può comprendere un serbatoio di raccolta di un fluido e la pressione dovuta al livello del fluido contenuto definisce lo stimolo di attuazione.

Nella forma di realizzazione di figura 7, la membrana 4 non richiede l’aggiunta di materiale ferromagnetico o paramagnetico e la valvola microfluidica 200 funziona come valvola di non ritorno. La valvola microfluidica 200 può essere realizzata con il procedimento già descritto, salvo per il fatto che non occorre funzionalizzare la membrana 4 incorporando materiale magnetico.

Secondo la forma di realizzazione illustrata in figura 8, una dispositivo microfluidico 300 comprende un primo strato strutturale 302, un secondo strato strutturale 303, unito al primo strato strutturale 303, una membrana 304 flessibile, disposta fra il primo strato strutturale 302 e il secondo strato strutturale 303, e un dispositivo attuatore 305. Il dispositivo microfluidico 300 incorpora una prima valvola microfluidica 301’ e una seconda valvola microfluidica 301†.

Il primo strato strutturale 302 alloggia, in una porzione superficiale, un circuito microfluidico 307, che comprende un primo canale microfluidico 309’ e un secondo canale microfluidico 310’ della prima valvola microfluidica 301’, un primo canale microfluidico 309†e un secondo canale microfluidico 310†della seconda valvola microfluidica 301†e un canale di uscita 314.

Il primo condotto microfluidico 309’ della prima valvola microfluidica 301’ e il secondo condotto microfluidico 309†della seconda valvola microfluidica 301†hanno rispettivi ingressi indipendenti, ad esempio collegati a serbatoi 306 separati.

Nella prima valvola microfluidica 301’, il primo condotto microfluidico 309’ e il secondo condotto microfluidico 310’ sono disposti adiacenti l’uno all’altro in una regione attiva 313’ e sono separati da una parete 312’ nella regione attiva 313’. Il primo condotto microfluidico 309’ ha un’estremità 309a’ confinante con il secondo condotto microfluidico 310’. La parete 312’ circonda l’estremità 309a’ del primo condotto microfluidico 309’, separandola dal secondo condotto microfluidico 310’ nella regione attiva 313’. Un’estremità 310a’ del secondo condotto microfluidico 310’ forma una camera che circonda l’estremità 309a’ del primo condotto microfluidico 309’ e la parete 312’ nella regione attiva 313’.

Nella seconda valvola microfluidica 301’, il primo condotto microfluidico 309†e il secondo condotto microfluidico 310†sono disposti adiacenti l’uno all’altro in una regione attiva 313†e sono separati da una parete 312†nella regione attiva 313†. Il primo condotto microfluidico 309†ha un’estremità 309a†confinante con il secondo condotto microfluidico 310†. La parete 312†circonda l’estremità 309a†del primo condotto microfluidico 309†, separandola dal secondo condotto microfluidico 310†nella regione attiva 313†. Un’estremità 310a†del secondo condotto microfluidico 310†forma una camera che circonda l’estremità 309a†del primo condotto microfluidico 309†e la parete 312†nella regione attiva 313†. Inoltre, l’ampiezza della regione attiva 313†e della camera formata dall’estremità 310a†del secondo canale microfluidico 310†à ̈ maggiore dell’ampiezza della regione attiva 313’ e della camera formata dall’estremità 310a’ del primo canale microfluidico 310’.

Il secondo strato strutturale 303 presenta un primo recesso 315’ e un secondo recesso 315†, entrambi contenenti un fluido aeriforme e disposti in posizioni rispettivamente corrispondenti alla regione attiva 313’ e alla regione attiva 313†.

Il primo strato strutturale 302 e il secondo strato strutturale 303 sono uniti l’uno all’altro. La membrana 304 à ̈ in materiale polimerico e contiene particelle di un materiale ferromagnetico o paramagnetico, ad esempio particelle di ferro carbonile magnetizzate. La membrana 304 à ̈ disposta fra il primo strato strutturale 302 e il secondo strato strutturale 303 e si estende almeno nella regione attiva 313’ e nella regione attiva 313†. Qui, la membrana 304 delimita su un lato il circuito microfluidico 307, separandolo dai recessi 315’, 315†. Inoltre, La membrana 304 separa il recesso 315’ dalle estremità 309a’, 310a’ del primo condotto microfluidico 309’ e del secondo condotto microfluidico 310’ della prima valvola microfluidica 301’ e il recesso 315†dalle estremità 309a†, 310a†del primo condotto microfluidico 309†e del secondo condotto microfluidico 310†della seconda valvola microfluidica 301†. In una forma di realizzazione non mostrata, sono presenti membrane distinte nelle regioni attive 313’, 313†a separare il circuito microfluidico 307 dai recessi 315’, 315†, in luogo della sola membrana 304 che si estende con continuità anche fra i nella regione compresa fra i recessi 315’, 315†.

Il dispositivo attuatore 305 comprende un magnete 318 permanente, che si estende in posizioni corrispondenti ai recessi 313’, 313†, e una micropompa 320 aspirante collegata ai secondi condotti microfluidici 310’, 310†della prima valvola microfluidica 301’ e della seconda valvola microfluidica 301†.

Il magnete 318 à ̈ disposto in modo da causare lo spostamento della membrana 304 nei recessi 315’, 315†in assenza di azione aspirante da parte della micropompa 320.

La micropompa 320, quando attivata, applica una forza aspirante controllabile alla membrana 304 in modo da causare la chiusura della prima valvola microfluidica 301’ e della seconda valvola microfluidica 301†. Più in dettaglio, quando la forza aspirante à ̈ bassa, la micropompa 320 non à ̈ in grado di contrastare l’azione del magnete 318 e le valvole microfluidiche 301’, 301†rimangono aperte. Al crescere della forza aspirante esercitata dalla micropompa 320, la prima valvola microfluidica 301’ si chiude, mentre la seconda valvola microfluidica 301†rimane aperta. La risposta della membrana 304 à ̈ infatti determinata, tra l’altro, anche dall’ampiezza della regione attiva 313’ (del recesso 315’) e della regione attiva 313†(del recesso 313†). La camera definita dall’estremità 310a’ del secondo condotto 310’ della prima valvola microfluidica 301’ ha dimensioni minori della camera definita dall’estremità 310a†del secondo condotto 310†della seconda valvola microfluidica 301†. Pertanto, la prima valvola 310’ ha soglia di apertura più elevata e per causarne la chiusura à ̈ sufficiente un’azione meno intensa della micropompa 320 rispetto alla seconda valvola microfluidica 302†.

Aumentando ulteriormente la forza aspirante della micropompa 320, anche la seconda valvola microfluidica 301†si chiude.

In pratica, quindi, agendo sulla forza aspirante della micropompa 320 à ̈ possibile controllare lo stato delle valvole microfluidiche 301’, 301†e aspirare quantità controllate dei fluidi contenuti nei serbatoi 306.

La figura 9 mostra un dispositivo microfluidico 400 che comprende un primo strato strutturale 402, un secondo strato strutturale 403, unito al primo strato strutturale 403, una membrana 404 flessibile, disposta fra il primo strato strutturale 402 e il secondo strato strutturale 403, e un dispositivo attuatore 405. Il dispositivo microfluidico 400 incorpora una prima valvola microfluidica 401’ e una seconda valvola microfluidica 401†aventi ingressi accoppiati a rispettivi serbatoi 406 e un’uscita comune. Le valvole 401’, 401†hanno sostanzialmente la stessa struttura delle valvole 301’, 301†di figura 8, salvo per il fatto che le valvole 401’, 401†hanno uguali dimensioni.

Inoltre, il dispositivo microfluidico 400 include un’unità di controllo 430.

La membrana 404 à ̈ disposta fra il primo strato strutturale 402 e il secondo strato strutturale 403 e si estende almeno nella regione attiva 413’ e nella regione attiva 413†. Qui, la membrana 404 delimita su un lato il circuito microfluidico 407, separandolo dai recessi 415’, 415†.

Il dispositivo attuatore 405 à ̈ comandato dall’unità di controllo 430 e comprende un primo avvolgimento 418’, un secondo avvolgimento 418†e un circuito di pilotaggio 419. Il primo avvolgimento 418’ e il secondo avvolgimento 418†sono disposti in posizioni corrispondenti rispettivamente a una regione attiva 413’ e a un recesso 415’ della prima valvola microfluidica 401’ e a una regione attiva 413†e a un recesso 415†della seconda valvola microfluidica 401†. Il circuito di pilotaggio 419 à ̈ configurato per fornire correnti I1’, I2’ al primo avvolgimento 418’ e correnti I1†, I2†al secondo avvolgimento 418†. Le correnti I1’, I1†producono campi magnetici che causano lo spostamento della membrana 404 nei recessi 415’, 415†e aprono le valvole microfluidiche 401’, 402†. Viceversa, le correnti I2’, I2†, che hanno segno opposto rispetto alle correnti I1’, I1†, portano la membrana 404 in posizione di chiusura e chiudono le valvole microfluidiche 401’, 401†.

Risulta infine evidente che al microreattore e al metodo descritti possono essere apportate modifiche e varianti, senza uscire dall’ambito della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.

In particolare, la forma della parete che separa le estremità del primo e del secondo condotto microfluidico, così come la forma della camera all’estremità del secondo condotto microfluidico possono essere scelte secondo necessità, in modo da ottenere la risposta della membrana e la soglia di apertura richieste. Ad esempio, la parete potrebbe avere forma triangolare, rettangolare o trapezoidale, anziché forma a U. La camera, oltre che circolare, può essere, ad esempio, allungata, quadrata o rettangolare. In alcune forme di realizzazione, la camera può mancare. In questo caso, le estremità del primo e del secondo condotto microfluidico sono consecutive e la parete può essere semplicemente rettilinea. Viceversa, il secondo condotto microfluidico può essere definito per intero da una singola camera, avente ad esempio un’uscita sulla faccia del primo strato strutturale opposta alla membrana.

Nelle forme di realizzazione con attuazione magnetica o elettromagnetica, la posizione del magnete e dell’avvolgimento può essere diversa da quelle descritte. Ad esempio, il magnete e l’avvolgimento possono essere adiacenti alla faccia del primo strato strutturale opposta alla membrana.

Lo stimolo di attuazione può essere definito da una forza magnetica, da una forza aspirante dall’uscita della valvola microfluidica, da una forza premente all’ingresso della valvola, in generale da una differenza di pressione fra ingresso e uscita (in particolare fra il primo e il secondo condotto microfluidico) o da una combinazione delle grandezze elencate.

Claims (16)

1. RIVENDICAZIONI 1. Valvola microfluidica, comprendente: un primo strato strutturale (2; 302; 402); un secondo strato strutturale (3; 303; 403), unito al primo strato strutturale (2; 302; 402); un circuito microfluidico (7; 307; 407) comprendente un primo condotto microfluidico (9; 309’, 309†; 409’, 409†) e un secondo condotto microfluidico (10; 310’, 310†; 410’, 410†), i quali sono definiti in una porzione superficiale del primo strato strutturale (2; 302; 402), sono adiacenti in una regione attiva (13; 313’, 313†; 413’, 413†) e sono separati da una parete (12; 312’, 312†) nella regione attiva (13; 313’, 313†; 413’, 413†); una membrana (4; 104; 304; 404) disposta fra il primo strato strutturale (2; 302; 402) e il secondo strato strutturale (3; 303; 403) e delimitante il circuito microfluidico (7; 307; 407) su un lato nella regione attiva (13; 313’, 313†; 413’, 413†); e un recesso (15; 315’, 315†; 415’, 415†) contenente un fluido aeriforme nel secondo strato strutturale (3; 303; 403), in posizione corrispondente alla regione attiva (13; 313’, 313†; 413’, 413†); in cui la membrana (4; 104; 304; 404) à ̈ mobile in risposta a uno stimolo di attuazione fra una posizione di chiusura, nella quale il primo condotto microfluidico (9; 309’, 309†; 409’, 409†) e il secondo condotto microfluidico (10; 310’, 310†; 410’, 410†) sono fluidicamente disaccoppiati mediante la parete e la membrana (4; 104; 304; 404), e una posizione di apertura, nella quale la membrana (4; 104; 304; 404) à ̈ almeno in parte ritratta nel recesso e il primo condotto microfluidico (9; 309’, 309†; 409’, 409†) e il secondo condotto microfluidico (10; 310’, 310†; 410’, 410†) sono fluidicamente accoppiati mediante un passaggio fluidico (17) definito fra la parete (12; 312’, 312†) e la membrana (4; 104; 304; 404).
2. 2. Valvola microfluidica secondo la rivendicazione 1, in cui il primo condotto microfluidico (9; 309’, 309†; 409’, 409†) ha un’estremità (9a; 309a’, 309a†; 409a’, 409a†) circondata dalla parete (12; 312’, 312†) nella regione attiva (13; 313’, 313†; 413’, 413†).
3. 3. Valvola microfluidica secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il secondo condotto microfluidico (10; 310’, 310†; 410’, 410†) forma una camera (9b; 309b’, 309b†; 409b’, 409b†) circondante la parete (12; 312’, 312†) nella regione attiva (13; 313’, 313†; 413’, 413†).
4. 4. Valvola microfluidica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui, nella posizione di chiusura, la membrana (4; 104; 304; 404) à ̈ disposta contro la parete (12; 312’, 312†).
5. 5. Valvola microfluidica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente un dispositivo attuatore (5; 105; 205; 305; 405) configurato per fornire lo stimolo di attuazione.
6. 6. Valvola microfluidica secondo la rivendicazione 5, in cui la membrana (4; 104; 304; 404) comprende materiale magnetico.
7. 7. Valvola microfluidica secondo la rivendicazione 6, in cui il dispositivo attuatore (5; 105; 205; 305; 405) comprende un avvolgimento (18; 418’, 418†) in posizione corrispondente al recesso (15; 415’, 415†) e alla regione attiva (13; 413’, 413†) e un dispositivo di pilotaggio (19, 419) accoppiato all’avvolgimento (18; 418’, 418†).
8. 8. Valvola microfluidica secondo la rivendicazione 7, in cui il dispositivo di pilotaggio (19, 419) à ̈ configurato per fornire una prima corrente (I1; I1’, I1†) all’avvolgimento (18; 418’, 418†) tale da causare un campo magnetico sufficiente a portare e mantenere la membrana (4; 404) nella posizione di apertura.
9. 9. Valvola microfluidica secondo la rivendicazione 8, in cui il dispositivo di pilotaggio (19, 419) à ̈ configurato per fornire una seconda corrente (I2; I2’, I2†) all’avvolgimento (18; 418’, 418†) tale da causare un campo magnetico sufficiente a portare e mantenere la membrana (4; 404) nella posizione di chiusura.
10. 10. Valvola microfluidica secondo la rivendicazione 6, in cui il dispositivo attuatore (105; 305) comprende un magnete (118; 318) in una posizione attiva corrispondente al recesso (15) e alla regione attiva (13), il magnete (118; 318) generando un campo magnetico tale da ritrarre la membrana (4; 304) nel recesso (15; 315’, 315†).
11. 11. Valvola microfluidica secondo la rivendicazione 7, in cui il dispositivo attuatore (105) comprende un azionamento elettromeccanico azionabile per spostare il magnete (118) tra la posizione attiva e una posizione inattiva, nella quale la forza esercitata sulla membrana (4) per effetto del campo magnetico generato dal magnete (118) non à ̈ sufficiente a deflettere la membrana (4) verso il recesso (15).
12. 12. Valvola microfluidica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente una micropompa (120; 329) accoppiata a uno fra il primo condotto microfluidico (9; 309’, 309†) e il secondo condotto microfluidico (10; 310’, 310†).
13. 13. Dispositivo microfluidico comprendente almeno una valvola microfluidica (1; 100; 200; 301’, 301†; 401’, 401†) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.
14. 14. Dispositivo microfluidico secondo la rivendicazione 13 dipendente dalla rivendicazione 5, comprendente un’unità di controllo (430) accoppiata al dispositivo attuatore (405) e configurata per comandare la valvola microfluidica (401’, 401†).
15. 15. Procedimento per fabbricare una valvola microfluidica comprendente: in una porzione superficiale di un primo strato strutturale (2; 302; 402), formare un circuito microfluidico (7; 307; 407) avente un primo condotto microfluidico (9; 309’, 309†; 409’, 409†) e un secondo condotto microfluidico (10; 310’, 310†; 410’, 410†), i quali sono aperti su una faccia del primo strato strutturale (2; 302; 402), sono adiacenti in una regione attiva (13; 313’, 313†; 413’, 413†) e sono separati da una parete (12; 312’, 312†) nella regione attiva (13; 313’, 313†; 413’, 413†); formare un recesso (15; 315’, 315†; 415’, 415†) in un secondo strato strutturale (3; 303; 403); disporre una membrana (4; 104; 304; 404) fra il primo strato strutturale (2; 302; 402) e il secondo strato strutturale (3; 303; 403), in modo che la membrana (4; 104; 304; 404) delimiti il circuito microfluidico (7; 307; 407) su un lato nella regione attiva (13; 313’, 313†; 413’, 413†); unire il primo strato strutturale (2; 302; 402) al secondo strato strutturale (3; 303; 403) con il recesso (15; 315’, 315†; 415’, 415†) in posizione corrispondente alla regione attiva (13; 313’, 313†; 413’, 413†).
16. 16. Procedimento secondo la rivendicazione 15, comprendente incorporare un materiale magnetico nella membrana (4; 104; 304; 404).