Microfluidic fuel cells on paper: Meeting the power needs of next generation lateral flow devices

Lateral flow test strips have dominated the rapid diagnostics landscape for decades. Recently, the emergence of paper microfluidics has brought new functionalities to these porous materials, and the search for instrument-free point-of-care devices has driven the development of different types of energy sources to fulfill their power needs. This work presents the development of microfluidic fuel cells as paper-based power sources in a standard lateral flow test format. These fuel cells benefit from the laminar flow occurring in a porous material by capillarity to separately react with two parallel streams, anolyte and catholyte, without an ionic exchange membrane or external pumps. It has been shown that the devices are capable of delivering power densities in the range of 1-5 mW cm-2 using solutions of methanol and KOH. The incorporation of a conjugate pad to store the KOH electrolyte in a solid form and a methanol-rich agar gel on top of the reaction membrane allows the fuel cell to function soaking a single sample pad with just water. The presented microfluidic fuel cell approach would enable a more straightforward integration with typical lateral flow test strips and a cost-effective manufacturing. This work represents the starting point in the development of a power source for capillary-based autonomous sensing systems capable of harvesting the energy needed for the measurement from the biological sample to be analyzed. This journal is © 2014 the Partner Organisations.This research was partially supported by a Marie Curie International Outgoing Fellowship within the 7th European Community Framework Programme and DURSI of the Generalitat de Catalunya under contract 2009SGR00228. N. S. would like to thank the financial support received from her postdoctoral program Ram´on y Cajal. S. R. acknowledges project ENE2010-15381 for financial support. The authors acknowledge the support for the publication fee by the CSIC Open Access Publication Support Initiative through its Unit of Information Resources for Research (URICI).Peer Reviewe

Pile à combustible et dispositif analytique comprenant cette pile à combustible

[EN] A fuel cell comprising: at least one microfluidic channel that allows the capillary flow and, preferably, also diffusion of at least one suitable fluid for generating electricity, at least one receiving absorbent region coupled to each microfluidic channel, at least one collecting absorbent region coupled to each microfluidic channel, a cathodic zone coupled to each microfluidic channel, and an anodic zone coupled to each microfluidic channel, where each receiving absorbent region and each collecting absorbent region are coupled to one of the microfluidic channels such that when a fluid suitable for generating electricity is deposited in the receiving absorbent region, it flows by capillary action through the microfluidic channel to reach the collecting absorbent region where it is absorbed. As well as an analysis device comprising one or more of these fuel cells.[ES] Un dispositivo de análisis para una muestra líquida que comprende: i) al menos una célula de combustible que incluye: - un canal microfluídico (10) fabricado de un material de mecha con porosidad adecuada para permitir el flujo capilar de al menos un fluido adecuado para generar electricidad; - al menos una región absorbente (11) de recepción acoplada con dicho canal microfluídico (10); - al menos una región absorbente (12) de recogida acoplada con dicho canal microfluídico (10); - una zona catódica (13) formada por al menos un cátodo acoplado con dicho canal microfluídico (10); y - una zona anódica (14) formada por al menos un ánodo acoplado con dicho canal microfluídico (10), ii) al menos un canal microfluídico (20) de análisis que permite el flujo capilar de la muestra líquida que ha de ser analizada; iii) al menos una región absorbente (11, 11a) de recepción acoplada con dicho al menos un canal microfluídico de análisis; iv) al menos una región absorbente (12) de recogida acoplada con dicho al menos un canal microfluídico de análisis, y v) al menos una zona (21) de detección que tiene al menos un sensor electroquímico u óptico acoplado con dicho al menos un canal microfluídico (20) de análisis, de forma que el sensor electroquímico u óptico interactúa con la muestra que ha de ser sometida a ensayo, cuando dicha muestra fluye mediante capilaridad a través del al menos un canal microfluídico (20) de análisis.Peer reviewedConsejo Superior de Investigaciones Científicas (España)B1 Patente sin examen previ

Célula de combustible y dispositivo de análisis que la comprende

[EN] A fuel cell comprising: at least one microfluidic channel that allows the capillary flow and, preferably, also diffusion of at least one suitable fluid for generating electricity, at least one receiving absorbent region coupled to each microfluidic channel, at least one collecting absorbent region coupled to each microfluidic channel, a cathodic zone coupled to each microfluidic channel, and an anodic zone coupled to each microfluidic channel, where each receiving absorbent region and each collecting absorbent region are coupled to one of the microfluidic channels such that when a fluid suitable for generating electricity is deposited in the receiving absorbent region, it flows by capillary action through the microfluidic channel to reach the collecting absorbent region where it is absorbed. As well as an analysis device comprising one or more of these fuel cells.[ES] Un dispositivo de análisis para una muestra líquida que comprende: i) al menos una célula de combustible que incluye: - un canal microfluídico (10) fabricado de un material de mecha con porosidad adecuada para permitir el flujo capilar de al menos un fluido adecuado para generar electricidad; - al menos una región absorbente (11) de recepción acoplada con dicho canal microfluídico (10); - al menos una región absorbente (12) de recogida acoplada con dicho canal microfluídico (10); - una zona catódica (13) formada por al menos un cátodo acoplado con dicho canal microfluídico (10); y - una zona anódica (14) formada por al menos un ánodo acoplado con dicho canal microfluídico (10), ii) al menos un canal microfluídico (20) de análisis que permite el flujo capilar de la muestra líquida que ha de ser analizada; iii) al menos una región absorbente (11, 11a) de recepción acoplada con dicho al menos un canal microfluídico de análisis; iv) al menos una región absorbente (12) de recogida acoplada con dicho al menos un canal microfluídico de análisis, y v) al menos una zona (21) de detección que tiene al menos un sensor electroquímico u óptico acoplado con dicho al menos un canal microfluídico (20) de análisis, de forma que el sensor electroquímico u óptico interactúa con la muestra que ha de ser sometida a ensayo, cuando dicha muestra fluye mediante capilaridad a través del al menos un canal microfluídico (20) de análisis.Peer reviewedConsejo Superior de Investigaciones Científicas (España)A1 Solicitud de patente con informe sobre el estado de la técnic

Fuel cell and analysis device that comprise it

[ES] Un dispositivo de análisis para una muestra líquida que comprende: i) al menos una célula de combustible que incluye: - un canal microfluídico (10) fabricado de un material de mecha con porosidad adecuada para permitir el flujo capilar de al menos un fluido adecuado para generar electricidad; - al menos una región absorbente (11) de recepción acoplada con dicho canal microfluídico (10); - al menos una región absorbente (12) de recogida acoplada con dicho canal microfluídico (10); - una zona catódica (13) formada por al menos un cátodo acoplado con dicho canal microfluídico (10); y - una zona anódica (14) formada por al menos un ánodo acoplado con dicho canal microfluídico (10), ii) al menos un canal microfluídico (20) de análisis que permite el flujo capilar de la muestra líquida que ha de ser analizada; iii) al menos una región absorbente (11, 11a) de recepción acoplada con dicho al menos un canal microfluídico de análisis; iv) al menos una región absorbente (12) de recogida acoplada con dicho al menos un canal microfluídico de análisis, y v) al menos una zona (21) de detección que tiene al menos un sensor electroquímico u óptico acoplado con dicho al menos un canal microfluídico (20) de análisis, de forma que el sensor electroquímico u óptico interactúa con la muestra que ha de ser sometida a ensayo, cuando dicha muestra fluye mediante capilaridad a través del al menos un canal microfluídico (20) de análisis.[EN] A fuel cell comprising: at least one microfluidic channel that allows the capillary flow and, preferably, also diffusion of at least one suitable fluid for generating electricity, at least one receiving absorbent region coupled to each microfluidic channel, at least one collecting absorbent region coupled to each microfluidic channel, a cathodic zone coupled to each microfluidic channel, and an anodic zone coupled to each microfluidic channel, where each receiving absorbent region and each collecting absorbent region are coupled to one of the microfluidic channels such that when a fluid suitable for generating electricity is deposited in the receiving absorbent region, it flows by capillary action through the microfluidic channel to reach the collecting absorbent region where it is absorbed. As well as an analysis device comprising one or more of these fuel cells.Peer reviewedConsejo Superior de Investigaciones Científicas (España)T3 Traducción de patente europe

Fuel Cell and analysis device that comprise it

A fuel cell comprising: at least one microfluidic channel that allows the capillary flow and, preferably, also diffusion of at least one suitable fluid for generating electricity, at least one receiving absorbent region coupled to each microfluidic channel, at least one collecting absorbent region coupled to each microfluidic channel, a cathodic zone coupled to each microfluidic channel, and an anodic zone coupled to each microfluidic channel, where each receiving absorbent region and each collecting absorbent region are coupled to one of the microfluidic channels such that when a fluid suitable for generating electricity is deposited in the receiving absorbent region, it flows by capillary action through the microfluidic channel to reach the collecting absorbent region where it is absorbed. As well as an analysis device comprising one or more of these fuel cells.Peer reviewedConsejo Superior de Investigaciones Científicas (España)A1 Solicitud de patente con informe sobre el estado de la técnic

Célula de combustible y dispositivo de análisis que la comprende

[EN] A fuel cell comprising: at least one microfluidic channel that allows the capillary flow and, preferably, also diffusion of at least one suitable fluid for generating electricity, at least one receiving absorbent region coupled to each microfluidic channel, at least one collecting absorbent region coupled to each microfluidic channel, a cathodic zone coupled to each microfluidic channel, and an anodic zone coupled to each microfluidic channel, where each receiving absorbent region and each collecting absorbent region are coupled to one of the microfluidic channels such that when a fluid suitable for generating electricity is deposited in the receiving absorbent region, it flows by capillary action through the microfluidic channel to reach the collecting absorbent region where it is absorbed. As well as an analysis device comprising one or more of these fuel cells.[ES] Un dispositivo de análisis para una muestra líquida que comprende: i) al menos una célula de combustible que incluye: - un canal microfluídico (10) fabricado de un material de mecha con porosidad adecuada para permitir el flujo capilar de al menos un fluido adecuado para generar electricidad; - al menos una región absorbente (11) de recepción acoplada con dicho canal microfluídico (10); - al menos una región absorbente (12) de recogida acoplada con dicho canal microfluídico (10); - una zona catódica (13) formada por al menos un cátodo acoplado con dicho canal microfluídico (10); y - una zona anódica (14) formada por al menos un ánodo acoplado con dicho canal microfluídico (10), ii) al menos un canal microfluídico (20) de análisis que permite el flujo capilar de la muestra líquida que ha de ser analizada; iii) al menos una región absorbente (11, 11a) de recepción acoplada con dicho al menos un canal microfluídico de análisis; iv) al menos una región absorbente (12) de recogida acoplada con dicho al menos un canal microfluídico de análisis, y v) al menos una zona (21) de detección que tiene al menos un sensor electroquímico u óptico acoplado con dicho al menos un canal microfluídico (20) de análisis, de forma que el sensor electroquímico u óptico interactúa con la muestra que ha de ser sometida a ensayo, cuando dicha muestra fluye mediante capilaridad a través del al menos un canal microfluídico (20) de análisis.Peer reviewedConsejo Superior de Investigaciones Científicas (España)B2 Patente con examen previ

Método para fabricar un sello de polímero para la reproducción de dispositivos que consten de microestructuras y nanoestructuras, un sello de polímero y un dispositivo correspondiente

El método comprende los siguientes pas: disponer una lámina termoplástica (27); disponer un primer sustrato (1); configurar nanoestructuras (3) en la lámina termoplástica (27); configurar microestructuras (5, 6) sobre el primer sustrato (1); cubrir la superficie del primer sustrato (1) que comprende las microestructuras (5, 6) con la lámina termoplástica nanoestructurada (27); realizar el moldeo de un elastómero polimérico sobre el primer sustrato (1) con nanoestructuras (3) y microestructuras (5, 6) para formar un sello de polímero (11); desprender el sello de polímero (11).Peer reviewedHelmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH,Consejo Superior de Investigaciones CientíficasT3 Traducción de patente europe

Método para producir un sello de polímero para la reproducción de dispositivos que comprenden microestructurasy nanoestructuras, y discpositivo correspondiente

Método para producir un sello de polímero para la reproducción de dispositivos que comprenden microestructurasy nanoestructuras, comprendiendo el método las etapas de: proporcionar un primer sustrato (1); dar un patrón de nanoestructuras (3) que se extienden a lo largo de una primera dirección en el primermaterial de sustrato (1); seguido de dar un patrón de microestructuras (5, 6) sobre el primer sustrato (1); moldear un elastómero de polímero sobre el primer sustrato (1) con nanoestructuras (3) y microestructuras (5,6) para formar un sello (11) de polímero; y liberar el sello (11) de polímero, caracterizado porque la etapa de provisión de un patrón de microestructuras (5, 6) comprende al menos una de las etapas de:formar primeras microestructuras (5) para que se extiendan a lo largo de la primera dirección paraformar canales hidrófilos junto con las nanoestructuras (3) que se extienden en dicha primeradirección, y formar segundas microestructuras (6) para que se extiendan a lo largo de una segunda direccióndiferente de la primera dirección para formar canales hidrófobos junto con las nanoestructuras (3) quese extienden en la primera dirección.Peer reviewedConsejo Superior de Investigaciones Científicas (España), Helmholtz-Zentrumberlin Fur Materialien Und Energie GMBHT3 Traducción de patente europe

A method for controlling timing of events in a microfluidic device and a timer microfluidic device

[EN] A method for controlling timing of events in a microfluidic device and a timer microfluidic device are disclosed. The method comprises adding a liquid on a first end of a microfluidic device at a first time t0, the liquid flowing by capillarity towards a second end; producing, by a battery (12) included in the microfluidic device, energy from a second time tstart until a third time tend to feed an auxiliary device (16) connected to the battery (12). The battery (12) is sized and composed to provide a given amount of energy during a delivery energy time interval toperation, comprised between a time ton in which a voltage output of the battery (12) is above a threshold and a time toff in which the voltage output is below the threshold, to control the duration of an event including a selective activation and deactivation of said auxiliary device (16)[FR] L'invention concerne un procédé de commande de synchronisation des événements dans un dispositif microfluidique et un dispositif microfluidique temporisateur. Le procédé comprend l'ajout d'un liquide sur une première extrémité d'un dispositif microfluidique à un premier moment t0, le liquide s'écoulant par capillarité vers une seconde extrémité ; la production, par une batterie (12) incluse dans le dispositif microfluidique, d'énergie d'un deuxième moment tstart à un troisième moment Tend pour alimenter un dispositif auxiliaire (16) raccordé à la batterie (12). La batterie (12) est dimensionnée et composée pour fournir une quantité donnée d'énergie pendant un intervalle de temps de distribution d'énergie toperation, compris entre un moment Ton auquel une sortie de tension de la batterie (12) est supérieure à un seuil et un moment Toff auquel la sortie de tension est inférieure au seuil, pour commander la durée d'un événement comprenant une activation et une désactivation sélectives dudit dispositif auxiliaire (16)Peer reviewedConsejo Superior de Investigaciones Científicas (España), lnstitució Catalana De Recerca i Estudis Avançats (ICREA), Fuelium, SLA1 Solicitud de patente con informe sobre el estado de la técnic

A method for controlling timing of events in a microfluidic device and a timer microfluidic device

[EN] A method for controlling timing of events in a microfluidic device and a timer microfluidic device are disclosed. The method comprises adding a liquid on a first end of a microfluidic device at a first time t0, the liquid flowing by capillarity towards a second end; producing, by a battery (12) included in the microfluidic device, energy from a second time tstart until a third time tend to feed an auxiliary device (16) connected to the battery (12). The battery (12) is sized and composed to provide a given amount of energy during a delivery energy time interval toperation, comprised between a time ton in which a voltage output of the battery (12) is above a threshold and a time toff in which the voltage output is below the threshold, to control the duration of an event including a selective activation and deactivation of said auxiliary device (16)[FR] L'invention concerne un procédé de commande de synchronisation des événements dans un dispositif microfluidique et un dispositif microfluidique temporisateur. Le procédé comprend l'ajout d'un liquide sur une première extrémité d'un dispositif microfluidique à un premier moment t0, le liquide s'écoulant par capillarité vers une seconde extrémité ; la production, par une batterie (12) incluse dans le dispositif microfluidique, d'énergie d'un deuxième moment tstart à un troisième moment Tend pour alimenter un dispositif auxiliaire (16) raccordé à la batterie (12). La batterie (12) est dimensionnée et composée pour fournir une quantité donnée d'énergie pendant un intervalle de temps de distribution d'énergie toperation, compris entre un moment Ton auquel une sortie de tension de la batterie (12) est supérieure à un seuil et un moment Toff auquel la sortie de tension est inférieure au seuil, pour commander la durée d'un événement comprenant une activation et une désactivation sélectives dudit dispositif auxiliaire (16)Peer reviewedConsejo Superior de Investigaciones Científicas (España), lnstitució Catalana De Recerca i Estudis Avançats (ICREA), Fuelium, SLA1 Solicitud de patente con informe sobre el estado de la técnic