[发明专利]用于从流体分离气泡的装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于从流体、特别是从流体系统中的流体、更特别地是从微流体系统中的流体分离气泡的装置和方法。本发明还涉及适用于“即时检验”(POC)应用的“芯片实验室”(LOC)的领域。

背景技术

即时检验(POCT)是指在患者身边进行实验室诊断，即不是在中心实验室进行的诊断，而是例如在医院、在执业医师的实践中或在药房中进行的诊断。POCT也可能在家或救护车中进行。在更广泛的意义上，POCT也用于其他应用领域中的分析方法，例如在食品和环境分析中。

用于POC检验的设备通常基于微技术系统，特别是芯片实验室系统。芯片实验室(LOC；或微芯片)在单个装置例如芯片上集合了一个或多个实验室功能。通常，LOC系统指的是微流体系统，微流体系统意味着微升的、甚至低至小于皮升的流体体积在直径为几纳米或微米的通道中移动、反应、被测量等。

在微流体系统中，流体内的气泡形成构成了主要的关注问题。气泡可以影响流体的流动特性，例如气泡会部分地或完全地阻塞导管或以多种其他方式干扰流体的测量的精度、例如流体体积的确定，或由于散射效应等干扰对样品的光学评价。

流体内的气泡形成可能由于气体成分而引起，例如溶解在其中的氧气或氮气。通常，LOC中使用的样品、试剂等在其被使用之前以低温存储。然后，临到测量之前对其加温。随着温度的升高，溶解在样品中的气体组分的饱和溶解度降低并产生气泡。此外，作为示例，通过将水加热至沸点以上或者通过溶解被冷冻干燥的或冻干的试剂会产生气泡。通过冷冻干燥的试剂产生气泡是由于包含有空气的这些试剂的多孔结构而导致的。这些空气在溶解后作为气泡或多个气泡留在流体中。

已经提出了如何在LOC系统中防止这些气泡妨碍测量的多种解决方案。一种可能的方案是从流体中移除气泡或将气泡保持在LOC的特殊区域中，从而避免气泡与诸如光学系统或电极之类的灵敏元件相接触。这种装置被本领域技术人员称为“气泡捕集器”。

在EP 1 855 114 A1中描述了复合式气泡捕集器。此气泡捕集器布置在微通道的内表面上。被捕获的气泡将彼此相接触并趋于变成大气泡。此外，EP 1 855 114 A1涉及一种气泡捕集器，该气泡捕集器不仅捕获存在于液体流中的气泡，而且捕获存在于微通道中的未被液体推出而是作为气泡停留在微通道的内表面的一部分上的气体部分。已经存在于微通道内表面的一部分上的这些气泡可以通过吸附存在于液体中的气泡而容易地长大。然而，所述气泡捕集器需要气泡塌陷并从而形成大气泡。大气泡的形成在能量上是优选的，即小气泡试图通过塌陷至较大的气泡来减小它们的表面。因此，当流体用在微流体系统内并产生稳定的泡沫时，即当小气泡不聚结成更大的实体而仍然是多个小气泡时，此系统受到限制。在流体含有表面活性物质的情况下，通常会形成这样的泡沫。表面活性物质降低了气体与流体之间的界面张力，使得气泡稳定且不聚结。EP 1 855 114 A1中公开的气泡捕集器基本上依赖于小气泡聚结成大气泡，因此具有有限的功效。

因此，本发明的目的是提供一种即使在流体含有有效量的表面活性物质的情况下也能改善气泡从流体的分离的气泡捕集器。

发明内容

该目的通过根据权利要求1所述的气泡捕集器和包括该气泡捕集器的流体系统、特别是芯片实验室系统来实现。本发明的优选实施方式受各个从属权利要求的限制。此外，提出了一种允许容易且廉价地从流体分离气泡的方法。

根据本发明，提供了一种用于从流体分离气泡的装置(气泡捕集器)，该装置包括腔室以及将流体引入和引出所述腔室的导管(分别为输入导管和输出导管)，而腔室的内壁的几何形状被设计成使得在腔室内产生连续流并且至少一个区域产生不连续流，使得气泡在该区域中保留在腔室内壁处，并且因此与从腔室流出的流体分离。

根据本发明，不连续流的流速(速度)的减小必须达到下述水平：其中气泡对内壁的吸附力高于将气泡拖入流出的流中的力。在这些情况下，在流体持续流过腔室并随后流出腔室的同时，流体中的气泡的至少一部分，优选地流体中的至少大部分气泡，保持在腔室的内壁处至少一段时间。由此，气泡与流出的流分离。因此，在本发明的上下文中，气泡的分离意味着气泡穿过腔室的流动的任何至少暂时中断。

与连续流相比，不连续流中所需的速度减小可尤其取决于流体和气体组分的性质以及腔室的内壁的表面结构和材料。然而，本领域技术人员可以使用常规手段来确定与连续流相比的不连续流中最有效的速度减小以及达到期望的速度减小的手段。