具有流体阻止的流体系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于输运介质的流体系统、用于使用这样的流体系统的装置和用于控制介质跨流体阻止流动的方法。
【背景技术】
[0002]US5627041A1公开了一种用于生物样本分析的药筒，所述药筒包括具有“停止结”的通道，流体的毛细流动在停止结处达到静止，直至压力、力或加速度被施加到流体以克服所述停止结。
【发明内容】
[0003]具有允许特别是在流体系统中的流体流动的可替换、鲁棒控制的手段将是有利的。
[0004]这一关注点通过根据权利要求1的流体系统、根据权利要求12的处理装置、根据权利要求13的方法和根据权利要求14的用途来解决。在从属权利要求中公开了优选的实施例。
[0005]根据第一方面，本发明的实施例涉及一种流体系统，其中术语“流体系统”应当指代包括比如通道、腔室、入口、出口等之类的连通腔体的设备，可以通过该连通腔体输运介质。介质可以特别地为流体，例如生物原液(血液、唾液、尿液等)。而且，系统在其腔体的特性或平均直径(例如被测量为完全适应于腔体的最大球体的直径)典型地小于大约100 μπι的意义上优选地为“微流体”系统。
[0006]所提出的流体系统包括经由流体阻止连接的第一通道和第二通道。而且，流体系统包括具有内表面的柔性元件，所述内表面被设置成使得施加在柔性元件的外表面上的确定机械压力能够实现介质跨流体阻止的流动的方式造成所述内表面的局部变形。
[0007]通常，术语“通道”应当指代可以通过其输运介质的(任意集合形状的)腔体。典型地，这样的通道具有带有矩形、圆形或多边形横截面的细长几何形状。
[0008]“流体阻止”应当是在通过(多个)邻近通道输运介质的条件(例如介质中的压力)下通过其阻碍、优选地中断所述介质的流动或输运的任何元件、单元、结构或设备。引入到上述流体系统的第一通道中的介质将因此沿该通道流动，直至其到达流体阻止，其中所述流动达到静止。
[0009]“压力”在柔性元件的外表面上的施加，在本申请的上下文中，等同于对应力的施加。提及的“确定”压力是指以下事实:所施加的压力将通常必须落到某个范围或区间中以便引起所期望的效应(即，能够实现流体流动)。
[0010]一般而言，“第一”通道和“第二”通道的作用可互换(对称)。在下文中，在应用期间被首先填充有所输运的介质的通道将典型地被视为“第一通道”，而仅在经过流体阻止之后介质进入到其中的通道被视为“第二通道”。
[0011]所描述的流体系统具有以下优点:其允许介质的流动的可靠和鲁棒控制，这是因为所述流动在流体阻止处中断，直至采取显著的外部措施，即柔性元件的变形。有利之处还在于，介质内的压力不需要被影响以克服流体阻止。
[0012]一般而言，柔性元件可以是其自身的部分或组件。柔性元件然后被优选地邻近于第一通道、第二通道和/或流体阻止来布置。在一些实施例中，柔性元件可以是或包括第一通道、第二通道和/或流体阻止的部分。
[0013]柔性元件的内表面的变形可以是永久的(如果达到材料的塑性变形范围的话)。优选地，所述变形无论如何是弹性的，因而一旦移除导致变形的压力或力，则允许变形的元件返回到其初始状态或几何形状。
[0014]一般而言，能够实现跨流体阻止的流动可以通过涉及柔性元件的变形的各种机制来实现。流体阻止可以例如从第一和第二通道移走，因而移除对介质流动的阻碍影响。
[0015]在优选实施例中，柔性元件的内表面的变形改变所述内表面与相对元件之间的距离。“相对元件”可以例如正好是或包括第一通道、第二通道和/或流体阻止的表面。而且，内表面与相对元件之间的距离优选地在内表面的变形期间减小。例如，在其中流体阻止亲水、具有低于邻近的第一通道的亲水性并且其中第一通道可以变形以接近第二通道的系统中，含水介质将越过流体阻止，这是因为通道之间的间隙的减小给出毛细吸入的增加。
[0016]可选地，前述距离的减小是减小到零值，即直至柔性元件的内表面和相对元件彼此接触。然后桥接这些元件之间的间隙，这允许介质的经过。例如，如果柔性元件的内表面的机械变形导致亲水表面触碰含水介质的流体弯液面，介质将越过流体阻止，因为触碰给出毛细吸入的增加。
[0017]在另一实施例中，柔性元件的内表面的变形可以增加腔体或通道内的距离。例如，在其中流体阻止是疏水的系统中，含水介质将越过流体阻止，因为间隙的增加给出流体阻止可以承受的流体压力的减小。
[0018]在流体系统的进一步发展中，其中柔性元件的内表面与相对元件之间的距离通过柔性元件的变形改变，可以在柔性元件的所述内表面上和/或在所述相对元件上提供突起。这样的突起将接触存在于相对侧上的介质的弯液面并且构成用于其连续流动的良好定义的桥。
[0019]在优选实施例中，前述突起可以具有用于在流体系统中输运的介质的毛细作用和/或可润湿性。接触突起的介质然后将被所述突起容易地吸取和转送。突起的(高)毛细作用可以通过为其提供结构化表面(包括例如毛细槽)来实现。突起的(高)可润湿性可以通过为其提供关于要输运的介质的合适表面化学性质来实现。
[0020]第一和/或第二通道可以特别地设计成允许通过毛细力输运介质。取决于要输运的介质类型，适当地选择通道的内部几何形状(横截面、长度)和表面化学性质(亲水性)以允许介质上的毛细力的生成。介质的输运然后将由所述力驱动而自动发生。
[0021]最优选地，邻近于流体阻止的第一通道和/或第二通道的区域具有用于要输运的介质的特别高的毛细作用。因此可以确保当发生柔性元件的变形时介质将存在于所述区域中。如果高毛细作用的区域在流体阻止后面(例如在第二通道中)，高毛细作用具有在变形期间和之后容易捕获介质的优点。
[0022]可以通过各种措施向流体阻止提供中断介质流动的特征。在一个实施例中，流体阻止可以例如包含具有低于邻近的第一通道和/或第二通道的可润湿性(或亲水性，如果应当输运亲水介质的话)的材料。
[0023]在另一实施例中，流体阻止可以是或者包括排斥要输运的介质的组件。如果介质例如是含水液体，流体阻止可以是或者流体阻止可以包含具有疏水性质的材料，例如流体阻止的适当表面涂层。
[0024]根据另一实施例，流体阻止可以具有由于几何尺寸的较低毛细作用，例如流体阻止具有大于邻近的第一通道和/或第二通道的内部尺寸。对于任意几何形状，通道或流体阻止的“内部尺寸”可以定义为完全适应于所述通道或流体阻止的最大球体的直径。
[0025]根据另一实施例，流体阻止可以包含导致流体弯液面的阻塞或流体弯液面的受阻碍移动的几何结构，例如诸如边缘或隆起或粗糙之类的具有高曲率的结构。
[0026]柔性元件可以特别地是或包括可变形壁。因而，不需要接合点、铰链等以允许两个连接部分的移动。而是，构成柔性元件的材料的内部弹性和/或塑性被用于实现所期望的变形。最优选地，壁可以弹性变形到允许与相对壁或结构接触的程度。
[0027]第一通道、第二通道和/或流体阻止可以可选地包括用于过滤被输运的介质的过滤元件。优选地，这样的过滤元件位于首先被介质填充的通道(例如第一通道)中。这具有以下优点:介质的流动在此期间被流体阻止中断的时间可以被用于过滤过程并且仅经过滤的介质将必须跨过流体阻止。
[0028]流体系统一般可以集成到其中需要其性质的任何设备、装置或组件中。特别地，流体系统可以合并到药筒中(或构成药筒)，即合并到包括用于容纳样本介质的构件的可输运单元中。药筒典型地为可交换元件或单元，可以利用其向装置提供样本介质以供处理。药筒通常将是针对单个样本仅使用一次的一次性组件。
[0029]本发明的另一实施例涉及一种用于处理介质的装置，所述装置包括以下组件:
a)用于以上所描述的种类的流体系统(即具有经由流体阻止连接的第一和第二通道的流体系统，其中柔性元件的内表面通过所述柔性元件的外表面上的压力可变形以能够实现介质跨流体阻止的流动)的容纳空间。
[0030]b)用于在位于容纳空间中的流体系统的柔性元件的外表面上可控地施加压力的致动器。
[0031]可以位于容纳空间中的流体系统将优选地为一次性药筒(集成到其中)，其仅一次用于单个样本的处理。而且，流体系统可以在概念上被视为装置的部分或分离的组件。
[0032]装置典型地包括所期望处理介质的构件或组件，所期望处理介质提供在位于容纳空间中的流体系统中。该处理可以包括介质的任何操纵，例