EP2688674B1

Control of liquid flow sequence on microfluidic device

Abstract

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EP2688674B1, drawing sheet 1
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Expires 23 March 2032.

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12 claims: 12 independent, 0 dependent

  1. 1
    A device for handling liquid, the device being rotatable about an axis of rotation to drive liquid flow within the device, the device comprising:a vented first liquid holding structure (31, 210);a second liquid holding structure (32, 220);an upstream liquid handling structure (21) for supplying liquid to the first (31,210) and second (32, 220) liquid holding structures;a downstream liquid handling structure (22, 250) for receiving liquid from the first liquid holding structure (31,210);anda conduit (420) connecting an outlet port of the second liquid holding structure (32, 220) to an inlet port of the first liquid holding structure (31, 210), characterised bythe conduit (420) comprising a portion extending radially inward of the outlet port to a crest, and radially outward from the crest towards the inlet port, thereby enabling gas to be trapped in the portion (71) between respective liquids from the first (31, 210) and second (32, 220) liquid holding structures, such that liquid is held in the second liquid holding structure (32, 220) until the trapped gas is vented through the first liquid holding structure (31, 210) and liquid then flows from the second liquid holding structure (32, 220) to the downstream liquid handling structure (22, 250) through the first liquid holding structure (31,210). Dispositif pour manipuler un liquide, le dispositif pouvant tourner autour d'un axe de rotation pour entraîner un flux de liquide à l'intérieur du dispositif, le dispositif comprenant : une première structure aérée de rétention de liquide (31, 210) ;une deuxième structure de rétention de liquide (32, 220) ;une structure amont de manipulation de liquide (21) pour fournir un liquide aux première (31, 210) et seconde (32, 220) structures de rétention de liquide ;une structure aval de manipulation de liquide (22, 250) pour recevoir un liquide en provenance de la première structure de rétention de liquide (31, 210) ;etun conduit (420) reliant un orifice de sortie de la seconde structure de rétention de liquide (32, 220) à un orifice d'entrée de la première structure de rétention de liquide (31, 210), caractérisé parle conduit (420) comprenant une partie s'étendant de façon radiale vers l'intérieur de l'orifice de sortie jusqu'à une crête, et de façon radiale vers l'extérieur depuis la crête vers l'orifice d'entrée, permettant de ce fait à un gaz d'être pris au piège dans la partie (71) entre des liquides respectifs provenant des première (31, 210) et seconde (32, 220) structures de rétention de liquide, de sorte que du liquide est retenu dans la deuxième structure de rétention de liquide (32, 220) jusqu'à ce que le gaz pris au piège soit déchargé par l'intermédiaire de la première structure de rétention de liquide (31, 210) et du liquide s'écoule ensuite depuis la deuxième structure de rétention de liquide (32, 220) jusqu'à la structure aval de manipulation de liquide (22, 250) par l'intermédiaire de la première structure de rétention de liquide (31, 210). Vorrichtung zur Handhabung von Flüssigkeit, wobei die Vorrichtung um eine Drehachse drehbar ist, um Flüssigkeitsfluss in der Vorrichtung anzutreiben, wobei die Vorrichtung aufweist: eine belüftete erste Flüssigkeitshaltestruktur (31, 210);eine zweite Flüssigkeitshaltestruktur (32, 220);eine stromaufwärtige Flüssigkeitshandhabungsstruktur (21) zum Zuführen von Flüssigkeit zu der ersten (31, 210) und der zweiten (32, 220) Flüssigkeitshaltestruktur;eine stromabwärtige Flüssigkeitshandhabungsstruktur (22, 250) zum Aufnehmen von Flüssigkeit von der ersten Flüssigkeitshaltestruktur (31, 210);undeine Leitung (420), die eine Ausgangsöffnung der zweiten Flüssigkeitshaltestruktur (32, 220) mit einer Einlassöffnung der ersten Flüssigkeitshaltestruktur (31, 210) verbindet,dadurch gekennzeichnet, dassdie Leitung (420) einen Abschnitt aufweist, der sich von der Auslassöffnung radial nach innen zu einem Scheitel erstreckt, und von dem Scheitel radial nach außen in Richtung der Einlassöffnung, wodurch ermöglicht wird, dass Gas in dem Abschnitt (71) zwischen entsprechenden Flüssigkeiten von der ersten (31, 210) und der zweiten (32, 220) Flüssigkeitshaltestruktur gefangen wird, so dass Flüssigkeit in der zweiten Flüssigkeitshaltestruktur (32, 220) gehalten wird, bis das gefangene Gas durch die erste Flüssigkeitshaltestruktur (31, 210) entlüftet wird, und Flüssigkeit dann von der zweiten Flüssigkeitshaltestruktur (32, 220) zu der stromabwärtigen Flüssigkeitshandhabungsstruktur (22, 250) durch die erste Flüssigkeitshaltestruktur (31, 210) fließt.
  2. 2
    A device as claimed in claim 1, in which the device is arranged to fill the second liquid holding structure (32, 220) with an amount of liquid not less than the volume of the second liquid holding structure (32, 220) and a portion of the conduit (420) adjacent the second liquid holding structure (32, 220), filled to a level radially at an innermost point of the conduit (420). Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le dispositif est agencé pour remplir la deuxième structure de rétention de liquide (32, 220) avec une quantité de liquide non inférieure au volume de la deuxième structure de rétention de liquide (32, 220) et une partie du conduit (420) adjacente à la deuxième structure de rétention de liquide (32, 220) est remplie jusqu'à un certain niveau de façon radiale en un point le plus intérieur du conduit (420). Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung ausgelegt ist, die zweite Flüssigkeitshaltestruktur (32, 200) mit einer Flüssigkeitsmenge zu füllen, die nicht kleiner ist als das Volumen der zweiten Flüssigkeitshaltestruktur (32, 220), und ein Teil der Leitung (420) nahe der zweiten Flüssigkeitshaltestruktur (32, 220) bis zu einem Pegel radial an einem innersten Punkt der Leitung (420) gefüllt wird.
  3. 3
    A device as claimed in claim 1, in which the device is arranged to fill the second liquid holding structure (32, 220) with an amount of liquid corresponding to a liquid level in the conduit (420) and second liquid holding structure (32, 220) such that a capilliary force, acting on a liquid in the conduit (420), is sufficient to draw the liquid across a radially innermost point of the conduit (420) at a rotational frequency less than a cut-off frequency. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le dispositif est agencé pour remplir la deuxième structure de rétention de liquide (32, 220) avec une quantité de liquide correspondant à un niveau de liquide dans le conduit (420) et la deuxième structure de rétention de liquide (32, 220) de sorte qu'une force capillaire, agissant sur un liquide dans le conduit (420), est suffisante pour extraire le liquide d'un bout à l'autre d'un point le plus intérieur de façon radiale du conduit (420) à une fréquence de rotation inférieure à une fréquence de coupure. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung ausgelegt ist, die zweite Flüssigkeitshaltestruktur (32, 220) mit einer Flüssigkeitsmenge zu füllen, die einem Flüssigkeitspegel in der Leitung (420) und der zweiten Flüssigkeitshaltestruktur (32, 220) entspricht, so dass die Kapillarkraft, die auf eine Flüssigkeit in der Leitung (420) wirkt, ausreicht, um die Flüssigkeit über einen radial innersten Punkt der Leitung (420) mit einer Drehfrequenz zu ziehen, die geringer ist, als eine Grenzfrequenz.
  4. 4
    A device as claimed in claim 3 wherein the cut-off frequency is 30Hz. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel la fréquence de coupure est 30 Hz. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Grenzfrequenz 30 Hz ist.
  5. 5
    A device as claimed in any preceding claim, comprising a vent conduit (620) connecting the first (31, 210) and second (32, 220) liquid holding structures to equilibrate pressures therebetween. Dispositif selon n'importe quelle revendication précédente, comprenant un conduit d'aération (620) reliant les première (31, 210) et deuxième (32, 220) structures de rétention de liquide pour équilibrer des pressions entre ces dernières. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Lüftungsleitung (620) aufweist, welche die erste (31, 210) und die zweite (32, 220) Flüssigkeitshaltestruktur verbindet, um den Druck dazwischen im Gleichgewicht zu halten.
  6. 6
    A device as claimed in any preceding claim comprising a further conduit (430) for connecting a further inlet port of the first liquid holding structure (210) to a further outlet port of a third liquid holding structure (230), the further conduit (430) comprising a further bend portion extending radially inward of the further inlet and outlet ports, thereby enabling gas to be trapped in the further bend portion between respective liquids from the first (210) and third (230) liquid holding structures, wherein the further inlet port is radially outward of the inlet port to hold liquid in the third liquid holding structure (230) while liquid is flowing from the second liquid holding structure (220) through the first liquid holding structure (210) to maintain a liquid level in the first liquid holding structure (210) radially inward the further inlet port. Dispositif selon n'importe quelle revendication précédente comprenant un conduit supplémentaire (430) pour relier un orifice d'entrée supplémentaire de la première structure de rétention de liquide (210) à un orifice de sortie supplémentaire d'une troisième structure de rétention de liquide (230), le conduit supplémentaire (430) comprenant une partie de courbure supplémentaire s'étendant de façon radiale vers l'intérieur des orifices d'entrée et de sortie supplémentaires, permettant de ce fait à un gaz d'être pris au piège dans la partie de courbure supplémentaire entre des liquides respectifs provenant des première (210) et troisième (230) structures de rétention de liquide, dans lequel l'orifice d'entrée supplémentaire est à l'extérieur de façon radiale de l'orifice d'entrée pour retenir un liquide dans la troisième structure de rétention de liquide (230) tandis qu'un liquide s'écoule depuis la deuxième structure de rétention de liquide (220) à travers la première structure de rétention de liquide (210) pour maintenir un niveau de liquide dans la première structure de rétention de liquide (210) de façon radiale vers l'intérieur de l'orifice d'entrée supplémentaire. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine weitere Leitung (430) zum Verbinden einer weiteren Einlassöffnung der ersten Flüssigkeitshaltestruktur (210) mit einer weiteren Auslassöffnung einer dritten Flüssigkeitshaltestruktur (230) aufweist, wobei die weitere Leitung (430) einen weiteren gebogenen Abschnitt aufweist, der sich von den weiteren Einlass-und Auslassöffnungen radial nach innen erstreckt, wodurch ermöglicht wird, dass Gas in dem weiteren gebogenen Abschnitt zwischen jeweiligen Flüssigkeiten von der ersten (210) und der dritten (230) Flüssigkeitshaltestruktur gefangen wird, wobei sich die weitere Einlassöffnung radial außen von der Einlassöffnung befindet, um Flüssigkeit in der dritten Flüssigkeitshaltestruktur (230) zu halten, während Flüssigkeit von der zweiten Flüssigkeitshaltestruktur (220) durch die erste Flüssigkeitshaltestruktur (210) fließt, um einen Flüssigkeitspegel in der ersten Flüssigkeitshaltestruktur (210) radial innen von der weiteren Einlassöffnung beizubehalten.
  7. 7
    A device as claimed in claims 1 to 6, arranged to sequentially move liquid from the first (31, 210) and second (32, 220) liquid holding structures to the downstream liquid handling structure (22, 250) while the device is rotated at a constant rate. Dispositif selon les revendications 1 à 6, agencé pour déplacer de manière séquentielle un liquide provenant des première (31, 210) et deuxième (32, 220) structures de rétention de liquide vers la structure aval de manipulation de liquide (22, 250) tandis que le dispositif est tourné à une vitesse constante. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, die ausgelegt ist, Flüssigkeit sequenziell von der ersten (31, 210) und zweiten (32, 220) Flüssigkeitshaltestruktur, zu der stromabwärtigen Flüssigkeitshandhabungsstruktur (22, 250) zu bewegen, während die Vorrichtung mit konstanter Geschwindigkeit gedreht wird.
  8. 8
    A liquid handling system (700) comprising a device as claimed in any preceding claim coupled to a motor (720) and a controller (710) coupled to the motor to control rotation of the device to sequentially dispense liquid from the first and second liquid holding structures. Flüssigkeitshandhabungssystem (700), das eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, die an einen Motor (720) gekoppelt ist, und einen Controller (710), der an den Motor gekoppelt ist, um die Drehung der Vorrichtung zu steuern, um sequenziell Flüssigkeit von der ersten und zweiten Flüssigkeitshaltestruktur abzugeben. Système de manipulation de liquide (700) comprenant un dispositif selon n'importe quelle revendication précédente couplé à un moteur (720) et une unité de commande (710) couplée au moteur pour commander la rotation du dispositif pour distribuer de manière séquentielle du liquide provenant des première et deuxième structures de rétention de liquide.
  9. 9
    A liquid handling system as claimed in claim 8, the controller (710) being operable to rotate the device at a substantially constant frequency, to sequentially dispense liquid from the first and second liquid holding structures. Flüssigkeitshandhabungssystem nach Anspruch 8, wobei der Controller (710) betreibbar ist, die Vorrichtung mit einer im Wesentlichen konstanten Frequenz zu drehen, um sequenziell Flüssigkeit von der ersten und zweiten Flüssigkeitshaltestruktur abzugeben. Système de manipulation de liquide selon la revendication 8, l'unité de commande (710) pouvant être mise en oeuvre pour faire tourner le dispositif à une fréquence sensiblement constante, pour distribuer de manière séquentielle du liquide provenant des première et deuxième structures de rétention de liquide.
  10. 10
    A method of handling liquid using the device of any of claims 1 to 7, said method comprising sequentially moving liquid from first (31, 210) and second (32, 220) liquid holding structures to a downstream liquid handling structure (22, 250), the method being characterised by:filling the first (31, 210) and second (32, 220) liquid holding structures with liquid to trap gas (71) in a conduit (420) between the first and second liquid holding structures;moving liquid from the first liquid holding structure (31, 220) to the downstream liquid handling structure (22, 250) while liquid is held in the second liquid holding structure (32, 220);andmoving liquid from the second liquid holding structure (32, 220), through both a conduit (420) and the first liquid holding structure (31, 210) to the downstream liquid handling structure (22, 250), subsequent to venting the trapped gas (71) from the conduit (420) through the first liquid holding structure (31, 210). Procédé de manipulation de liquide utilisant le dispositif selon n'importe laquelle des revendications 1 à 7, ledit procédé comprenant le déplacement séquentiel de liquide provenant des première (31, 210) et deuxième (32, 220) structures de rétention de liquide jusqu'à une structure aval de manipulation de liquide (22, 250), le procédé étant caractérisé par : le remplissage des première (31, 210) et deuxième (32, 220) structures de rétention de liquide avec un liquide pour prendre au piège un gaz (71) dans un conduit (420) entre les première et deuxième structures de rétention de liquide ;le déplacement de liquide provenant de la première structure de rétention de liquide (31, 220) jusqu'à la structure aval de manipulation de liquide (22, 250) tandis que du liquide est retenu dans la deuxième structure de rétention de liquide (32, 220) ;etle déplacement de liquide provenant de la deuxième structure de rétention de liquide (32, 220), à travers tant un conduit (420) que la première structure de rétention de liquide (31, 210) jusqu'à la structure aval de manipulation de liquide (22, 250), suite à la décharge du gaz pris au piège (71) à partir du conduit (420) par l'intermédiaire de la première structure de rétention de liquide (31, 210). Verfahren zum Handhaben von Flüssigkeit unter Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Verfahren umfasst: sequenzielles Bewegen von Flüssigkeit von einer ersten (31, 210) und zweiten (32, 220) Flüssigkeitshaltestruktur zu einer stromabwärtigen Flüssigkeitshandhabungsstruktur (22, 250), wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch: Füllen der ersten (31,210) und der zweiten (32, 220) Flüssigkeitshaltestruktur mit Flüssigkeit, um Gas (71) in einer Leitung (420) zwischen der ersten und der zweiten Flüssigkeitshaltestruktur zu fangen;Bewegen von Flüssigkeit von der ersten Flüssigkeitshaltestruktur (31, 220) zu der stromabwärtigen Flüssigkeitshandhabungsstruktur (22, 250), während Flüssigkeit in der zweiten Flüssigkeitshaltestruktur (32, 220) gehalten wird;undBewegen von Flüssigkeit von der zweiten Flüssigkeitshaltestruktur (32, 220) sowohl durch eine Leitung (420) als auch durch die erste Flüssigkeitshaltestruktur (22, 250) nach dem Entlüften des gefangenen Gases (71) aus der Leitung (420) durch die erste Flüssigkeitshaltestruktur (31, 210).
  11. 11
    A method as claimed in claim 10, using the device according to claim 6, or claim 6 and claim 7 further comprising:filling a third liquid holding structure (230) with liquid to trap gas in a further conduit (430) between the first (210) and third (230) liquid holding structures;moving liquid from the first (210) and second (220) liquid holding structures to the downstream liquid handling structure while liquid is held in the third liquid holding structure (230);andmoving liquid from the third liquid holding structure (230), through the further conduit (430) and the first liquid holding structure (210) to the downstream liquid handling structure (22, 250), subsequent to venting the trapped gas from the further conduit (430) through the first liquid holding structure (210). Procédé selon la revendication 10, utilisant le dispositif selon la revendication 6, ou la revendication 6 et la revendication 7, comprenant en outre : le remplissage d'une troisième structure de rétention de liquide (230) avec un liquide pour prendre au piège un gaz dans un conduit supplémentaire (430) entre les première (210) et troisième (230) structures de rétention de liquide ;le déplacement de liquide provenant des première (210) et deuxième (220) structures de rétention de liquide vers la structure aval de manipulation de liquide tandis qu'un liquide est retenu dans la troisième structure de rétention de liquide (230) ;etle déplacement de liquide provenant de la troisième structure de rétention de liquide (230), à travers le conduit supplémentaire (430) et la première structure de rétention de liquide (210) jusqu'à la structure aval de manipulation de liquide (22, 250), suite à la décharge du gaz pris au piège depuis le conduit supplémentaire (430) par l'intermédiaire de la première structure de rétention de liquide (210). Verfahren nach Anspruch 10 unter Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 6 und Anspruch 7, das des Weiteren umfasst: Füllen einer dritten Flüssigkeitshaltestruktur (230) mit Flüssigkeit, um Gas in einer weiteren Leitung (430) zwischen der ersten (210) und der dritten (230) Flüssigkeitshaltestruktur zu fangen;Bewegen von Flüssigkeit von der ersten (210) und der zweiten (220) Flüssigkeitshaltestruktur zu der stromabwärtigen Flüssigkeitshandhabungsstruktur, während Flüssigkeit in der dritten Flüssigkeitshaltestruktur (230) gehalten wird, undBewegen von Flüssigkeit von der dritten Flüssigkeitshaltestruktur (230) durch die weitere Leitung (430) und die erste Flüssigkeitshaltestruktur (210) zu der stromabwärtigen Flüssigkeitshandhabungsstruktur (22, 250) nach dem Entlüften des gefangenen Gases aus der weiteren Leitung (430) durch die erste Flüssigkeitshaltestruktur (210).
  12. 12
    A method as claimed in claims 10 or 11, in which the liquid is moved in response to a substantially constant driving force. Procédé selon les revendications 10 ou 11, dans lequel le liquide est déplacé en réponse à une force d'entraînement sensiblement constante. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Flüssigkeit im Ansprechen auf eine im Wesentlichen konstante Antriebskraft bewegt wird.