BR112019017923B1

BR112019017923B1 - Estrutura capilar para o transporte de fluido passivo e direcional, e, substrato para o transporte direcional de um fluido

Info

Publication number: BR112019017923B1
Application number: BR112019017923-2A
Authority: BR
Inventors: Karen M. Goeders; Marsha R. Forthofer; Wing-Chak Ng; Gerda Buchberger; Florian Hischen; Werner Baumgartner
Original assignee: Kimberly-Clark Worldwide, Inc
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2018-03-22
Publication date: 2023-11-14
Also published as: US10927853B2; BR112019017923A2; CN110325736B; AU2018246009A1; KR102104868B1; GB2575380B; KR20190120820A; US20200096009A1; RU2718365C1; CN110325736A; WO2018183074A1; GB201914554D0; GB2575380A; AU2018246009B2

Abstract

Uma estrutura capilar para transporte fluido passivo, direcional, inclui um capilar tendo uma direção para frente e uma direção para trás se estendendo em um plano x-y e uma profundidade se estendendo em uma direção z, o capilar incluindo primeira e segunda unidades capilares, cada uma tendo uma seção divergente com uma extremidade para trás, uma extremidade para frente e uma largura na direção y, em que a largura aumenta da extremidade traseira para a extremidade dianteira, em que a extremidade traseira da segunda seção divergente da unidade capilar é conectada à extremidade dianteira da primeira seção de divergência de unidade capilar para formar uma seção de transição que tem um decréscimo da largura da extremidade dianteira da primeira seção divergente da unidade capilar para a extremidade posterior da segunda seção divergente da unidade capilar e em que a profundidade na seção de transição é inferior à profundidade em cada seção divergente.

Description

FUNDAMENTOS

[001] Normalmente, grandes massas de materiais são necessárias para mover os volumes de fluidos devido à orientação aleatória das fibras em muitas estruturas porosas encontradas nas estruturas de manipulação de fluidos e absorventes. Como resultado, vários materiais com diferentes propriedades são usados em combinação para transportar fluido. Uma superfície que poderia aumentar o movimento do fluido permitiria que uma estrutura tivesse melhor desempenho e tirasse vantagem da capacidade que não é normalmente usada. Tal superfície pode ser formada ou colocada para facilitar o movimento do líquido. Desta maneira, o fluido não se move aleatoriamente, mas, em vez disso, segue a estrutura da superfície, mesmo que a estrutura da superfície seja dobrada ou posicionada de outra maneira, de modo que o transporte de fluido contra a gravidade ou contra outra fonte externa de pressão esteja presente. Isso proporciona a capacidade de gerenciar para onde o fluido viaja.

[002] Tentativas anteriores, malsucedidas, de abordar estes ou problemas relacionados incluem o pedido de patente canadense CA2875722 A1 para Comanns et al., que descreve capilares interconectados, e a publicação técnica “One-way Wicking in Open Micro-channels Controlled by Channel Topography”, Journal of Colloid and Interface Science 404 (2013) 169-178, que descreve um transporte de fluido direcional que tenta minimizar, mas não elimina, o refluxo. O Pedido de Patente dos EUA n° 2016/0167043, para Baumgartner et al. descreve uma superfície para transporte de fluido direcional, mas não divulga ou ensena alterações na profundidade do canal ou quaisquer efeitos do mesmo. Além disso, o Pedido de Patente n° WO 2016/124321 A1 descreve o transporte direcional perpendicular a uma superfície onde as alterações em profundidade ortogonais à direção do transporte de líquido não são divulgadas ou ensenadas. As válvulas microfluídicas, como as descritas na publicação técnica “Valves for Autonomous Capillary Systems”, Microfluidics and Nanofluidics 5 (2008) 395-402, são projetadas para interromper ou retardar o fluxo de líquido em uma direção; no entanto, elas estão dispostas de tal maneira que não permitem o fluxo ao longo da superfície. Além disso, os canais capilares tinham profundidades iguais e só conseguiam parar as frentes líquidas por vários segundos.

SUMÁRIO

[003] A divulgação aqui descrita resolve os problemas descritos acima e proporciona um aumento na eficácia no manuseamento de fluidos.

[004] De acordo com a presente divulgação, uma estrutura capilar para transporte de fluido direcional passivo, inclui um capilar tendo uma direção para frente e uma direção para trás se estendendo em um plano x-y e uma profundidade se estendendo em uma direção z, o capilar incluindo primeira e segunda unidades capilares, cada uma tendo uma seção divergente tendo uma extremidade posterior, uma extremidade anterior e uma largura na direção y, em que a largura aumenta da extremidade traseira para a extremidade dianteira, em que a extremidade traseira da segunda seção divergente da unidade capilar está ligada à extremidade anterior da primeira seção divergente da unidade capilar para formar uma seção de transição que tem uma diminuição da largura da extremidade dianteira da primeira seção divergente da unidade capilar para a extremidade posterior da segunda seção divergente da unidade capilar e em que a profundidade a seção de transição é menor que a profundidade em cada seção divergente.

[005] A divulgação também descreve um substrato para o transporte direcional de um fluido com um ângulo de contato θ, o substrato incluindo uma estrutura capilar para transporte de fluido direcional passivo, a estrutura capilar incluindo uma pluralidade de capilares, cada um tendo uma direção para frente e uma direção para trás estendendo-se num plano x-y e uma profundidade que se estende na direção z, incluindo cada capilar primeira e segunda unidades capilares, cada uma tendo uma seção divergente tendo uma extremidade posterior, uma extremidade anterior e uma largura na direção y, em que a largura aumenta da extremidade posterior para a extremidade anterior, em que a extremidade posterior de cada seção divergente da segunda unidade capilar está ligada à extremidade dianteira da seção divergente da primeira unidade capilar correspondente para formar uma seção de transição que tem um decréscimo da largura da extremidade dianteira da primeira seção divergente da unidade capilar para a extremidade posterior da segunda seção divergente da unidade capilar e em que a profundidade na seção de transição é menor que a profundidade em cada seção divergente.

[006] A divulgação descreve ainda uma estrutura capilar para o transporte direcional passivo de um fluido com um ângulo de contato θ no que diz respeito à estrutura capilar, a estrutura incluindo um capilar tendo uma direção para frente e uma direção para trás estendendo-se em um plano x-y e uma profundidade se estendendo em uma direção z, incluindo os capilares primeira e segunda unidades capilares, cada uma tendo uma seção divergente extremidade para trás, uma extremidade para frente e uma largura na direção y, em que a largura aumenta linearmente da extremidade traseira para a extremidade dianteira, uma seção conectiva interposta entre a extremidade dianteira da primeira seção divergente da unidade capilar e a extremidade traseira da segunda seção divergente da unidade capilar, em que a seção conectiva está em comunicação de fluido com cada seção divergente, em que a extremidade traseira de cada segunda seção divergente da unidade capilar está ligada à seção conectiva, em que a extremidade anterior da seção divergente da primeira unidade capilar correspondente está conectada à seção conectiva para formar uma seção de transição com uma diminuição da largura em relação à extremidade frontal da primeira seção divergente da unidade capilar para a seção de ligação e em que a profundidade na seção de transição é inferior à profundidade em cada seção divergente e em que a seção de ligação com um perfil de largura w(x) altera a profundidade com um perfil angular β(x) e tem uma razão de aspecto a(x)conectiva = h(x)/W(x) > (1- cos(θ+βy)/(2 cosθ) > 0, em que a seção divergente diverge da seção conectiva em um ângulo de tal modo que a < π/2 - θ e a < θ e em que a seção de transição tem uma profundidade menor que a profundidade na seção divergente.

[007] Outras características e aspectos da presente divulgação são discutidos com mais detalhes adiante.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[008] O exposto acima e outras características e aspectos da presente divulgação e a forma de obtê-los se tornarão mais evidentes, e a divulgação em si será melhor compreendida por referência à seguinte descrição, reivindicações anexas e figuras acompanhantes, onde: A Figura 1 é uma ilustração do plano esquemático do desenho de superfície de um capilar de um diodo líquido da presente divulgação; A Figura 2A é uma vista esquemática em corte de uma seção conectiva opcional para fluxo bidirecional, indicada em A na Fig. 1; A Figura 2B é uma vista esquemática em corte de um componente capilar cônico ou seção divergente com pequenos ângulos de inclinação para fluxo bidirecional, indicado em B na Fig. 2; A Figura 2C é uma vista esquemática em corte da seção conectiva opcional para fluxo bidirecional, indicada em A na Fig. 1, com um raio de curvatura definido; A Figura 3 é uma vista esquemática em corte de uma junção entre o componente capilar cônico da Fig. 2B e o componente capilar conetivo da Fig. 2A com um estreitamento abrupto que forma um ponto de transição sengular resultando num fluxo direcional indicado em C na Fig. 1. onde os raios de curvatura r1 e r2 na Fig. 3 são de diferentes comprimentos; A Figura 4 é uma vista em perspectiva de um aspecto de um capilar parcial da presente divulgação, em que o capilar tem uma profundidade variável; A Figura 5 é uma vista plana do capilar parcial da Fig. 4, com dimensões exemplificativas; A Figura 6 é uma vista elevada do capilar parcial da Fig. 4, com dimensões exemplificativas; A Figura 7 é uma vista em perspectiva de outro aspecto de um capilar parcial da presente divulgação, em que o capilar tem uma profundidade variável; A Figura 8 é uma vista plana do capilar parcial da Fig. 7, com dimensões exemplificativas; A Figura 9 é uma vista elevada do capilar parcial da Fig. 7, com dimensões exemplificativas; A Figura 10 é uma vista em perspectiva de ainda outro aspecto de um capilar parcial da presente divulgação, em que o capilar tem profundidade constante; A Figura 11 é uma vista plana do capilar parcial da Fig. 10, com dimensões exemplificativas; A Figura 12 é uma vista elevada do capilar parcial da Fig. 10, com dimensões exemplificativas; e A Figura 13 é uma perspectiva de uma superfície que tem uma pluralidade de capilares paralelos, em que a superfície é colocada num ângulo Q a horizontal para permitir o teste das propriedades de transporte de fluido da superfície.

[009] O uso repetido de caracteres de referência no presente relatório descritivo e nas figuras tem como objetivo representar características ou elementos iguais ou análogos da presente divulgação. As figuras são representativas e não estão necessariamente desenhadas em escala. Determinadas proporções destas figuras podem estar exageradas, enquanto outras podem estar minimizadas.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0010] Um versado na técnica irá entender que a discussão atual é apenas uma descrição de aspectos exemplificativos da presente divulgação, não pretendendo limitar os aspectos mais amplas da presente divulgação.

[0011] A presente divulgação é geralmente direcionada a aplicações que beneficiam do transporte direcional de fluidos. Em geral, o espectro de aplicação de tal transporte líquido direcional é amplo e varia de artigos absorventes a microfluídicos, aplicações médicas, destilarias, trocadores de calor, resfriamento eletrônico, sistemas de filtragem, lubrificação, displays de tinta eletrônica e dispositivos de coleta de água.

[0012] A presente divulgação é direcionada a uma superfície para transporte de fluido direcional incluindo transporte de fluido direcional completo por forças capilares. O design permite o fluxo direcional contra a gravidade (ou não contra a gravidade) por meio do uso de capilares fechados, parcialmente fechados ou abertos (isto é, capilares) para controlar o transporte de fluidos de um local de origem para um local desejado separado.

[0013] Em um exemplo, grandes massas de materiais são necessárias para mover os volumes de fluido devido à orientação aleatória das fibras em muitas estruturas porosas. Como resultado, em uma abordagem, vários materiais com diferentes propriedades são usados em combinação para transportar fluido. Uma superfície que poderia aumentar o movimento do fluido, particularmente nas partes mais remotas de uma estrutura, mesmo contra uma pressão externa como a induzida pela força gravitacional, permitiria que a estrutura tirasse proveito da área de fluxo ou capacidade absorvente que não é tipicamente usada. Tal superfície, por exemplo, pode ser formada ou colocada num laminado, compósito, folha ou película para facilitar o movimento do líquido. Dessa maneira, o fluido não se move aleatoriamente, mas segue a estrutura da superfície. Isso proporciona a capacidade de projetar e gerenciar para onde o fluido viaja.

[0014] Além disso, as estruturas porosas fibrosas são propensas a colapso ou entupimento dos poros, uma vez molhadas, resultando em ineficiências no transporte de líquidos. A estrutura de superfície da presente divulgação é concebida de tal modo que os capilares proporcionam espaço vazio renovável transferindo líquido para outro local ou para um material de armazenamento, tornando assim os canais novamente disponíveis para utilização. Isto pode ser conseguido fabricando o material a partir de um filme, um gel, uma estrutura semelhante a filme, ou materiais rígidos incluindo materiais poliméricos rígidos.

[0015] Todas as combinações de material-líquido com um ângulo de contato de 0 < θ < 90° (inerentemente ou por tratamento) são adequadas para o transporte direcional de líquidos de acordo com a presente divulgação. Exemplos de materiais adequados incluem polímeros, metais, cerâmicas, semicondutores, vidros, filmes, não-tecidos ou qualquer outro material adequado. O termo polímero não se restringe a polímeros técnicos, mas incorpora polímeros biodegradáveis, como compostos de celulose, polifosfazenos, ácidos poliláticos (PLAs) e elastômeros, como o poli(dimetilsiloxano) (PDMS). Especialmente adequados para utilização no presente pedido são polímeros tais como poli (metilmetacrilato) (PMMA), PLAs, polipropileno (PP), silicones, resenas epoxi, hidrogeis, poliamida (PA), polietileno tereftalato (PET), acetato de celulose (CA), butirato de acetato de celulose (CAB) e tioleno de estequiometria. Combinações de material líquido que não têm um ângulo de contato inerente de 0 < θ < 90° podem ser alteradas por tratamentos superficiais ou químicos, como modificação de plasma, descarga de coroa, revestimento por rotação, revestimento por spray ou por qualquer método adequado ou combinação de métodos. O material pode ser ou pode ser hidrofílico ou lipofílico.

[0016] Em relação à estrutura superficial específica da presente divulgação, o substrato no qual a estrutura de superfície é formada inclui uma superfície que tem um ângulo de contato para o líquido inferior a 90° pelo menos em algumas áreas onde flui o fluido. A superfície tem uma estrutura que inclui uma pluralidade de capilares com uma disposição sequencial única de componentes capilares de diferentes tipos elementares.

[0017] A estrutura pode ser gravada a laser ou formada por outros métodos de fabricação numa placa de PMMA ((poli)metilmetacrilato) ou outro substrato polimérico adequado. Métodos de fabricação adequados incluem estampagem a quente, serigrafia, impressão 3D, micromoagem, réplica-moldagem, fundição, moldagem por injeção, impressão, gravação, fotoligrafia incluindo litografia óptica e litografia UV, fotopolimerização, polimerização de dois fótons, ou qualquer outro método ou combinação adequada de métodos.

[0018] Em contraste com outras tecnologias de diodos microfluídicos, peças móveis, como abas ou discos cilíndricos, são evitadas na estrutura da presente divulgação. A presente divulgação emprega materiais a granel convencionais sem a necessidade de tratamento químico ou o uso de substratos porosos. Embora a presente divulgação forneça uma estrutura para a absorção unidirecional, as estruturas fabricadas também permitem uma parada completa da frente do líquido na direção inversa.

[0019] O desempenho das estruturas da presente divulgação elimina a necessidade de interligação de dois ou mais capilares, como mostrado em tentativas anteriores, como as do pedido de patente canadense CA2875722 A1 para Comanns et al., que descreve capilares interligados. Os capilares únicos da presente divulgação são suficientes para um pronunciado transporte de fluido direcional. Noutros aspectos da presente divulgação, no entanto, os capilares podem ser interligados se for necessária uma rede capilar. Por exemplo, uma rede de vários capilares pode ser mais tolerante a falhas em resposta a um bloqueio em um ou mais capilares, pois caminhos alternativos são fornecidos para contornar obstáculos que bloqueiam capilares únicos.

[0020] A estrutura aqui descrita proporciona vantagens devido ao design diferente em comparação com as estruturas anteriores. A estrutura fornece maior fluxo volumétrico (por exemplo, por uma dada área de superfície em contato com o fluido) devido, em parte, à capacidade de empilhar os capilares mais densamente, porque não há necessidade de interação entre dois capilares. Em outras palavras, não há fluxo oscilante entre dois capilares interativos. Esse fluxo volumétrico mais alto é devido a velocidades de transporte mais altas, em parte porque não há fluxo oscilante que tende a limitar a velocidade de transporte na direção para frente. É possível que um fluxo volumétrico líquido maior na direção direta também resulte da redução no fluxo para trás. Além disso, os capilares da presente divulgação são mais simples no design. Como resultado, a estrutura é mais tolerante às variações nas dimensões capilares, o que significa que a estrutura é mais tolerante às variações nas propriedades de umedecimento dos fluidos aplicados (por exemplo, tensões superficiais e ângulos de contato). A estrutura também é mais tolerante a erros de fabricação.

[0021] Os capilares da presente estrutura geralmente se estendem em um plano x-y, como mostrado, por exemplo, na Fig. 2. A estrutura atual também incorpora um perfil de profundidade em uma direção z. Como resultado, a estrutura atual é projetada de tal forma que aumenta o desempenho em relação ao transporte direcional de líquidos contra pressão externa, como a induzida pela força gravitacional.

[0022] A presente estrutura incorpora um perfil de profundidade ortogonal que é projetado de tal forma que melhora o desempenho em relação ao transporte de líquido direcional contra pressão externa, como pressão gravitacional e robustez do transporte de líquido direcional, por exemplo, contra imprecisões de fabricação. Além disso, este perfil de profundidade não só aumenta a capacidade da estrutura em parar o líquido no sentido inverso, mas também reduz a força de atrito geral e aumenta a diferença de pressão de condução capilar nas regiões mais profundas em comparação com um perfil de canal capilar geral para velocidades de fluxo globalmente mais altas e, portanto, permite uma taxa de fluxo volumétrica aumentada.

[0023] A Fig. 1 ilustra esquematicamente uma disposição geral exemplificativa de um capilar 20 tendo sucessivas unidades capilares 25. Um capilar 20 inclui uma ou mais unidades capilares 25 dispostas linearmente, onde cada unidade capilar 25 está em comunicação fluida com as unidades capilares anterior e seguinte 25. Dois ou mais capilares 20 podem ser dispostos em um arranjo de lado-a-lado para fornecer cursos de fluido paralelos, como ilustrado na Fig. 13. Os capilares 20 aqui descritos podem ser abertos, parcialmente fechados, ou fechados na direção z, que é a direção perpendicular ao plano x-y das figuras.

[0024] O fluxo de fluido através dos capilares 20 é preferencialmente na direção para frente 40, também conhecida como fluxo direcional.

[0025] Como ilustrado na Fig. 1 e como descrito em mais detalhe abaixo, uma unidade capilar 25 inclui pelo menos dois tipos elementares de componentes capilares de forma definida e com um perfil de profundidade específico na direção ortogonal ou z. Incluem-se um componente capilar moderadamente alargado (uma seção divergente) e um componente capilar com uma transição rápida de larga para estreita na direção do fluxo de fluido 40. O alargamento moderado do capilar cônico na seção divergente é acompanhado por um aprofundamento moderado do capilar e a transição rápida de largo para estreito em C na direção do transporte de fluido 40 ocorre também na direção da profundidade. A seção de transição inclui estreitamento abrupto em ambas as dimensões espaciais perpendiculares à direção do transporte de líquido. O estreitamento abrupto pode ser realizado na forma de uma rampa ou de um degrau, tornando o canal capilar mais raso.

[0026] Uma unidade capilar 25 pode também incluir um componente capilar de seção conectiva. Os tipos elementares de componentes capilares são dispostos sequencialmente de uma maneira única, e esta disposição sequencial única de tipos elementares de componentes capilares conduz ao transporte de fluido direcional passivo numa direção para frente 40, mesmo contra a gravidade.

[0027] A estrutura da presente aplicação inclui pelo menos um único capilar 20, com ou sem quaisquer junções ou garfos que se ligam a outros capilares. Cada capilar 20 inclui uma sequência potencialmente repetitiva de três parâmetros geométricos específicos, cujos desenhos são dependentes das propriedades do fluido em combinação com as propriedades do substrato. Os parâmetros geométricos são uma seção conectiva opcional A, uma seção divergente B e pelo menos um ponto de transição C. A mudança na profundidade induz uma mudança na pressão capilar que é capaz de compensar uma certa pressão externa no sistema; esta pressão externa pode ser de origem diferente e pode ser induzida, por exemplo, por uma força gravitacional ou por uma pressão hidrostática.

[0028] A definição de côncavo significa “curvado para dentro” ou “oco para dentro”, o que significa que um objeto é dobrado até certo ponto em direção ao seu ponto central. No presente pedido, os fluidos côncavos são ilustrados nas Figs. 2A e 2B. Frentes líquidas de forma côncava, com a força capilar como a força motriz por trás delas, facilitarão o movimento do líquido em todas as direções indicadas nas Figs. 2A e 2B. Como ilustrado na Fig. 2C, a frente líquida tem uma forma côncava em relação ao ponto central do líquido, e o raio de curvatura r é dado por um encaixe circular (imaginário) através da frente da gotícula. Para a situação ilustrada na Fig. 2A, o raio de curvatura é ilustrado na Fig. 2C. O raio da curvatura r é o raio de uma esfera imaginária que “amolga” a gotícula para dentro de ambos os lados.

[0029] Em contraste, convexo significa "arqueado" ou "arqueado para fora". No presente pedido, os fluidos convexos são ilustrados na Fig. 3. O raio convexo no lado esquerdo impede que o fluido flua no sentido para trás. Neste caso, a esfera imaginária se origina dentro da gota líquida e o raio de curvatura é dado por r1. A frente líquida de forma côncava no lado direito tem um raio de curvatura r2. Por causa da assimetria das paredes dos capilares, há dois raios de curvatura diferentes para uma gota de líquido, resultando em uma força motriz capilar assimétrica para a gota e facilitando o fluxo direcional.

[0030] O raio de curvatura do menisco pode ser usado para determinar se um fluido irá fluir na direção para frente ou se o fluido irá parar na direção para trás. Diretrizes simples são que o côncavo é igual ao movimento para a frente e o convexo é igual à parada na direção para trás. A frente líquida é descrita aproximadamente por dois raios principais de curvatura r e r* perpendiculares entre si e que podem ser ambos côncavos, convexos, ou côncavo com o outro convexo. Se um raio de curvatura for convexo e o outro côncavo, o menisco côncavo aumentará o fluxo capilar, ou seja, a diferença de pressão de condução capilar Δp = X1/ r + 1/ r*), enquanto o convexo diminuirá o fluxo. No entanto, os senais associados à diferença de pressão de condução capilar e os raios de curvatura côncavos e convexos precisam ser definidos primeiro. Aqui, a seguinte notação é usada: Δp > 0 para fluxo capilar, Δp < 0 para parar a frente do líquido, r > 0 para um raio de curvatura côncavo e r < 0 para um raio de curvatura convexo, respectivamente. Se o canal capilar estiver aberto, o raio de curvatura associado à profundidade do canal capilar é sempre convexo e, como tal, reduz a diferença de pressão de condução capilar. Quanto mais profundo for o canal capilar comparado à largura, menor será o raio de curvatura associado à profundidade do canal capilar, contribuindo para a diferença geral de pressão de condução capilar.

[0031] Em uma superfície nivelada dada uma solução constante de tensão superficial e um volume constante de solução adicionada, amostras com profundidades variadas são capazes de prender o fluido e bloquear o fluxo no canal na direção para trás 45, enquanto canais de uma profundidade constante permitem o fluido fluir na direção para trás. Quando as amostras são mantidas em um ângulo Q na horizontal, como a orientação sugerida na Fig. 13, incluindo em ângulos como Q = 45 e 90 graus, somente as amostras com profundidades variadas são capazes de prender a frente do fluido para bloquear o fluxo no sentido para trás 45 contra a pressão externa causada pela gravidade, enquanto permite que o fluxo flua verticalmente contra a gravidade.

[0032] Sem se comprometer com uma teoria, acredita-se que o efeito aqui descrito resulta pelo menos em parte de uma mudança de pressão induzida por profundidade no ponto de transição. Esta queda de pressão pode compensar melhor a pressão externa do que os capilares de profundidade constante.

[0033] Os capilares podem ser mais rasos perto do ponto de transição C. No primeiro exemplo, a estrutura resultante tem uma profundidade típica de cerca de 0,7 mm, exceto na região em torno do ponto de transição C, onde a profundidade é de cerca de 0,4 mm. Adjacente ao ponto de transição C, a seção conectiva opcional A tem uma largura de 145 μm e é mais rasa do que o canal capilar B com uma profundidade de aproximadamente 0,4 mm, produzindo uma razão de profundidade sobre largura de aproximadamente 2,8, denotando essa razão como a razão de aspecto do capilar. Deve-se notar que a seção conectiva A pode ser reta e paralela ao eixo x, como mostrado, ou a seção conectiva A pode ser curva, inclinada ou de qualquer outra geometria adequada. No segundo exemplo, onde o capilar é ampliado em largura por um fator de dois em comparação com o primeiro exemplo, mas não em profundidade. Neste exemplo, a seção conectiva A também é mais rasa com uma profundidade de aproximadamente 0,4 mm, produzindo uma razão de aspecto de aproximadamente 1,4. Em ambos os exemplos, as seções divergentes B aprofundam-se a partir do ponto de transição C na direção para frente 40 numa rampa com ângulos moderados de inclinação de 20° e 11° para o primeiro e segundo exemplos, respectivamente. Existe, no entanto, um aprofundamento mais abrupto no sentido para trás 45 a partir do ponto de transição C com ângulos de inclinação tão grandes como 70° e 79° para o primeiro e segundo exemplos, respectivamente. Em geral, algumas ou todas as seções conectivas A podem ser mais rasas que a seção divergente B. A mudança na profundidade permite que uma frente líquida seja fixada no ponto de transição C efetivamente sem que o local do ponto de transição C seja superado por fluxo indesejado no piso e nas paredes do canal capilar. O perfil de profundidade de aspectos particulares é ilustrado nas Figs. 4-12, com as vistas superior e em seção transversal correspondidas. O capilar 20 é mais raso no ponto de transição C.

[0034] Testes demonstraram que o design de um canal capilar sem variação na profundidade dos canais capilares pode deter a frente do líquido na direção para trás quando uma gota é aplicada (também contra a gravidade em certa medida). Canais capilares com mudanças de profundidade próximas aos pontos de transição proporcionam maior fluxo de fluido que canais capilares com profundidade igual. Canais capilares com mudanças de profundidade próximas aos pontos de transição proporcionam maior direcionalidade do transporte de líquidos, especialmente contra pressão externa, do que canais capilares com igual profundidade.

Exemplos

[0035] Exemplo: Uma seção conectiva está indicada em A na Fig. 1 e é mostrada esquematicamente na Fig. 2A. O design da seção conectiva A permite o fluxo bidirecional. Para ilustrar um exemplo de geometria da seção conectiva A, a seguinte derivação é empregada para a diferença de pressão de condução capilar Δ, que é descrita pela equação de Young-Laplace: Δp=γ-((-1+cos(θ(x)+ β(x)))/h(x) + 2 cos(θ(x}+a(x}}/w(x}}.

[0036] Aqui Y denota a tensão superficial do líquido ao gás ambiente, h(x) a profundidade do capilar (indicada como DI e/ou D2 nas Figs. 6, 9 e 12), w(x) a largura do capilar (indicada por W1 e/ou W2 nas Figs. 5, 8 e 11), (α)x e β(x) os ângulos de inclinação da parede do capilar conectivo na largura y e direção de profundidade z. Aqui, α(x) > 0 e β(x) > 0 descrevem um capilar de alargamento na direção da largura e profundidade, respectivamente. Aqui θ representa o ângulo de contato do líquido com o sólido.

[0037] Em um exemplo de uma seção conectiva reta do tipo A com a, β = 0 para o canal capilar reto de igual profundidade (Δp eds) e a = 0, β (20° e 11° para os arranjos pequenos e grandes) para o capilar reto e em rampa (Δprds) Δp rds=γ ((-1+cos(0+β))/h(x) + 2 cosθ/w) e Δp eds=γ ((-1+ cosθ}/h + 2 cosθ/w).

[0038] As equações a seguir devem ser preenchidas para o transporte de líquido bidirecional nos exemplos de capilares conectivos.

[0039] Δp rds=γ ((-1+cos(θ+β)}/h (x) + 2 cosθ/w) > 0 ou Δpeds=γ'((—1+C0S^)/h + 2 cosθ/w) > 0, respectivamente. Estas fórmulas também podem ser expressas como condições para as razões de aspecto dos canais capilares que devem ser preenchidas: ards(x) = h(x)/w > (1-cos (^+β)}/(2cosθ} > 0 resultante de Δprds > 0 e aeds = h/w > (1-cosθ}/(2 cosθ} > 0 resultante de Δpeds > 0

[0040] Como resultado, as condições acima devem ser satisfeitas, e a seção conectiva A precisa ser hidrofílica.

[0041] Uma seção divergente é indicada em B na Fig. 1 e é mostrada esquematicamente na Fig. 2B. O desenho geralmente cônico da seção divergente B com pequenos ângulos de inclinação a e β também permite fluxo bidirecional. Deve-se notar que a e β não precisam ser constantes ao longo da seção divergente. Para ilustrar um exemplo de geometria da seção divergente B, a seguinte derivação é empregada para a diferença de pressão de condução capilar Δp cônico que é descrita pela equação de Young-Laplace: Δp cônico,±= γ ((-1+cos(θ (x)±β(x)))/h(x) + 2 cos(θ(x)± a(x))/w(x)).

[0042] Aqui Δpcônico,+ e Δpcônico,- são as diferenças de pressão de condução capilar na direção para frente e para trás, respectivamente. Aqui denota a tensão superficial do líquido ao gás ambiente, ℎcônico(x) a profundidade do capilar, wcônico(x) a largura do capilar cônico e a(x) e β(x) os ângulos de inclinação da parede dos capilares cônicos na largura e na direção da profundidade, respectivamente. Aqui θ representa o ângulo de contato do líquido com o sólido.

[0043] As seguintes equações devem ser cumpridas para o transporte de líquido bidirecional no exemplo capilar cônico com igual profundidade (Δp cônico,ed,±) e com profundidade capilar ramificada (Δp cônico,rd,±) Δpcâonico,ed,±= γ ((-1+cos θ)/h + 2 cos(θ ±a)/w(x)) > 0 e Δp cônico,rd,±= γ((-1+cos(θ ± β (x)))/h (x) + 2 cos(θ ±a)/w(x)) > 0.

[0044] Portanto, 2 cos(θ ±a)/w(x) > - (-1+cos&)/h ou acônico,ed,±(x) = h/w(x) > (1-cosθ')/ (2 cos(θ±a)') > 0 para a primeira expressão ser > 0 e 2 COS(θ±a)/w(x) > -(-1+COS(θ±β(w)))/h (x) ou acônico,rd,±(x) = h(x)/w(x) >(-1+cos(θ±β(x))/ (2 cos(0±α)) > 0 para a segunda expressão ser > 0.

[0045] Além disso, cos (θ+a) requer 0 grau < θ+a < 90 graus para ser positivo; cos (θ-a) requer 0 grau < θ-a < 90 graus para ser positivo. Da mesma forma, cos(0+β(x)) requer 0 grau < 0+β(x) < 90 graus para ser positivo; cos (0-β(x)) requer 0 grau < θ-β(x) < 90 graus para ser positivo.

[0046] Convertendo para radianos, a < π/2 - θ, a < 0,β(x) < π/2 - θ e β(x) deve ser verdadeiro para as expressões serem > 0, se as suposições anteriores de um ângulo de contato de 0 grau < θ < 90 graus e ângulos de inclinação de 0 grau < a, β(x) < 90 graus de espera. Nos exemplos fabricados β(x) é segmentarmente constante e denotado como βe β' .

[0047] Uma seção de transição é indicada em C na Fig. 1. A junção entre a seção divergente geralmente cônica B e a seção de transição C resulta em um abrupto estreitamento na direção para frente na largura (no exemplo com um ângulo de 90°) e na direção da profundidade y e z formando um ponto de transição sengular 50 resultando em fluxo direcional na direção para frente 40. Perto do ponto de transição do tipo C, a seção conectiva A é rasa em comparação com a seção divergente B. Em um arranjo capilar exemplar, a profundidade da seção conectiva A exatamente antes do ponto de transição 50 é de aproximadamente 400 microns e a profundidade do capilar cônico exatamente antes do ponto de transição 50 é de aproximadamente 700 microns. Tal arranjo com uma diferença na profundidade capilar da seção conectiva perto do ponto de transição 50 e o canal capilar cônico mais profundo impede o refluxo no sentido para trás 45, mesmo contra a pressão externa, tal como a pressão da força gravitacional.

[0048] Em outras palavras, a transição da frente do fluido de côncavo para convexo no ponto de transição 50 na seção de transição C interrompe o transporte de fluido na direção para trás 45. Uma pressão de condução capilar pode compensar uma certa pressão hidrostática exercida pela força gravitacional sobre a massa da porção líquida no capilar. Isto significa que o fluxo líquido unidirecional funciona mesmo contra a gravidade para uma certa altura de subida capilar, em que os pontos de transição atuam como pontos de parada do transporte de líquido no sentido inverso 45, mesmo contra a gravidade para um determinado volume de líquido.

[0049] Sem ser limitado pela teoria, as análises a seguir podem ajudar a esclarecer a descrição e é um exemplo da geometria dos capilares. Para as geometrias de canais capilares exemplares com profundidades iguais e rampas na direção ortogonal, as distâncias Led e Lrd que o menisco pode viajar contra a gravidade na estrutura na direção para frente, enquanto ele é parado na direção para trás, podem ser estimadas pelas seguintes fórmulas analíticas para os canais capilares de profundidades iguais e rampas:

[0050] p g Led senΩ= γ ((-1+cos θ)/h + 2 cos(θ+a)/w(xf)) - γ ((- 1+cosθ)h - 2 sen0/w(*b)) no caso de o líquido parar na parte capilar cônica (ou parte capilar reta com a = 0) do canal capilar com profundidade constante e

[0051] p g Lr d senΩ = γ ((-1+cos(θ+β(x f)))/h(x f) + 2 cos(Q+a)/w(xi)') - /((- 1+cos(0+βx))/h(xb) - 2 sen 0/w(Xb)) no caso de o líquido parar na parte capilar cônica (ou parte capilar reta com a = 0) do canal capilar com profundidade rampeada. Aqui xf e xb são as posições dos meniscos líquidos na direção para a frente nos canais capilares cônicos exemplares (ou no canal capilar com a = 0) e em sentido inverso no ponto de transição, respectivamente.

[0052] Aqui, p, g e Q são a densidade do líquido, a constante gravitacional e o ângulo de inclinação e um alargamento instantâneo do canal capilar com um ângulo de 90° é assumido. Favor notar que as distâncias de viagem Led e Lrd podem ser relacionadas aos volumes aplicados do líquido pelo cálculo das capacidades volumétricas Ved(Led) e Vrd(Lrd) versus as distâncias de penetração Led e Lrd das filas triangulares com profundidades iguais e em rampa, respectivamente.

[0053] Em vários exemplos, as amostras foram prototipadas em material tioleno de estequiometria (OSTE) através de um processo de impressão. As amostras OSTE foram fabricadas usando ferramentas feitas por desenhos de micro-usenagem em placas de alumínio. Múltiplas filas de cada desenho capilar foram repetidas numa seção do material OSTE com dimensões e disposições capilares conforme mostrado nas Figs. 4-12. As Figs. 10-12 ilustram o desenho da amostra para amostras com profundidades constantes, enquanto as Figs. 4-9 ilustram o desenho da amostra para amostras com diferentes profundidades. Utilizou-se uma solução aquosa de (0,1% em peso) de surfactante Pluronic F-38 da BASF e de um corante vermelho aquoso (Ponceau S, 0,25% em peso) como o líquido de teste. Este líquido de teste mostrou ter uma tensão superficial consistente de 52 ± 4 dines/cm e uma densidade de cerca de 1 g/mL em condições laboratoriais padrão. Este líquido de teste tinha um ângulo de contato na amostra OSTE específica que era de 65o ± 3o (n=20). As amostras investigadas continham diferentes números de canais e continham diferentes volumes totais do canal, um tamanho de gotícula do volume total do canal foi adicionado ao centro de cada amostra. Esta etapa de “adição de fluido” foi repetida enquanto as amostras OSTE estavam em configurações horizontal, inclinada 45 e vertical 90o. A análise de vídeo revelou que, em todos os casos, as amostras com diferentes profundidades transportavam o fluido na direção para frente, enquanto paravam as frentes líquidas na direção oposta. Em todos os casos, as amostras com canais de profundidade constante transportavam o fluido tanto na direção para frente quanto para trás. As amostras com profundidade constante mostraram fluxo de fluido preferencial na direção para frente, mas depois que os canais foram preenchidos até as extremidades dianteiras, o fluido também fluiu na direção para trás. Em todos os casos, a distância do teste foi de aproximadamente 8 mm e 16 mm em ambas as direções para os pequenos demonstradores e para os grandes, respectivamente.

[0054] Em vários aspectos da presente divulgação, as Figs. 4-6 ilustram um arranjo particular de unidades capilares com profundidades variadas. Em outras palavras, a profundidade das unidades capilares muda na direção do fluxo para frente 40. O arranjo mostrado nas Figs. 4-6 foi produzido em tamanhos grandes e pequenos, com dimensões e ângulos como segue (as dimensões são em microns e somente os valores absolutos dos ângulos são dados):

[0055] Em outros aspectos da presente divulgação, as Figs. 7-9 ilustram um arranjo particular de unidades capilares com profundidades variadas. Em outras palavras, a profundidade das unidades capilares muda na direção do fluxo para frente 40. O arranjo mostrado nas Figs. 7-9 foi produzido em tamanhos grandes e pequenos, com dimensões e ângulos como segue (as dimensões são em microns e somente os valores ângulos são dados):

[0056] Ainda em outros aspectos da presente divulgação, as Figs. 1012 ilustram um arranjo particular de unidades capilares com fundos planos. Em outras palavras, as unidades capilares são de profundidade constante. O arranjo mostrado nas Figs. 10-12 foi produzido em tamanhos grandes e pequenos, com dimensões e ângulos como segue (as dimensões são em microns e somente os valores absolutos dos ângulos são dados):

[0057] Um método alternativo para descrever o fluxo de fluido é alinhar as amostras com um plano de coordenadas onde o "zero" está no centro onde a gota de fluido é colocada, enquanto a direção de avanço é representada pela distância positiva e a direção de retorno é representada pela distância negativa. Dado o período de tempo dos experimentos (tempo total de observação tipicamente entre Yz min a 5 min), os canais com profundidades variadas resultaram em uma distância líquida positiva de transporte de fluido, enquanto as amostras com profundidade constante mostraram uma distância nula, devido à bidirecionalidade do fluxo de fluido.

[0058] Num primeiro aspecto particular, uma estrutura capilar para transporte de fluido direcional passivo inclui um capilar tendo uma direção para frente e uma direção para trás estendendo-se num plano x-y e uma profundidade se estendendo numa direção z, incluindo primeira e segunda unidades capilares, cada uma tendo uma seção divergente tendo uma extremidade traseira, uma extremidade dianteira e uma largura na direção y, em que a largura aumenta da extremidade traseira para a extremidade dianteira, em que a extremidade traseira da segunda seção divergente da unidade capilar está ligada à extremidade dianteira da primeira seção divergente da unidade capilar para formar uma seção de transição com um decréscimo da largura da extremidade dianteira da primeira seção divergente da unidade capilar para a extremidade traseira da segunda seção divergente da unidade capilar, e em que a profundidade na seção de transição é menor que a profundidade em cada seção divergente.

[0059] Um segundo aspecto particular inclui o primeiro aspecto particular, em que o aumento da largura da extremidade traseira para a extremidade dianteira em cada seção divergente é linear.

[0060] Um terceiro aspecto particular inclui o primeiro e/ou segundo aspecto, incluindo ainda uma seção conectiva interposta entre a extremidade dianteira da primeira seção divergente da unidade capilar e a extremidade traseira da segunda seção divergente da unidade capilar, em que a seção conectiva está em comunicação de fluido com cada seção divergente.

[0061] Um quarto aspecto particular inclui um ou mais dos aspectos 1-3, em que a profundidade na seção de transição é menor ou igual à profundidade na seção conectiva.

[0062] Um quinto aspecto particular inclui um ou mais dos aspectos 1-4, em que o capilar está pelo menos parcialmente aberto na direção z.

[0063] Um sexto aspecto particular inclui um ou mais dos aspectos 15, em que cada seção divergente é configurada para induzir um menisco côncavo na direção anterior, e em que a seção de transição induz na direção inversa um menisco liquido convexo ou um menisco líquido direto com um raio infinito de curvatura.

[0064] Um sétimo aspecto particular inclui um ou mais dos aspectos 1-6, compreendendo ainda uma pluralidade de capilares dispostos em paralelo entre si.

[0065] Um oitavo aspecto particular inclui um ou mais dos aspectos 1-7, em que cada capilar está sem uma interligação com outro capilar.

[0066] Um nono aspecto particular inclui um ou mais dos aspectos 18, em que o capilar é hidrofílico ou lipofílico.

[0067] Um décimo aspecto particular inclui um ou mais dos aspectos 1-9, em que a seção de transição interrompe o transporte de fluido na direção inversa.

[0068] Um décimo primeiro aspecto particular inclui um ou mais dos aspectos 1-10, em que a seção de transição interrompe o transporte de fluido no sentido inverso contra pressão gravitacional ou hidrostática.

[0069] Um décimo segundo aspecto particular inclui um ou mais dos aspectos 1-11, em que a profundidade sofre uma mudança de passo da seção divergente para a seção de transição.

[0070] Um décimo terceiro aspecto particular inclui um ou mais dos aspectos 1-12, em que a profundidade sofre uma mudança em rampa da seção divergente para a seção de transição.

[0071] Em um décimo quarto aspecto particular, um substrato para o transporte direcional de um fluido com um ângulo de contato θ, o substrato incluindo uma estrutura capilar para transporte de fluido direcional passivo, a estrutura capilar incluindo uma pluralidade de capilares, cada um tendo uma direção para frente e uma direção para trás estendendo-se num plano x-y e uma profundidade que se estende na direção z, incluindo cada capilar primeira e segunda unidades capilares, cada uma tendo uma seção divergente tendo uma extremidade posterior, uma extremidade anterior e uma largura na direção y, em que a largura aumenta da extremidade posterior para a extremidade anterior, em que a extremidade posterior de cada seção divergente da segunda unidade capilar está ligada à extremidade dianteira da seção divergente da primeira unidade capilar correspondente para formar uma seção de transição que tem um decréscimo da largura da extremidade dianteira da primeira seção divergente da unidade capilar para a extremidade posterior da segunda seção divergente da unidade capilar e em que a profundidade na seção de transição é menor que a profundidade em cada seção divergente.

[0072] Um décimo quinto aspecto particular inclui o décimo quarto aspecto particular, incluindo ainda em cada capilar uma seção conectiva interposta entre a extremidade dianteira da primeira seção divergente da unidade capilar e a extremidade posterior da segunda seção divergente da unidade capilar, em que a seção conectiva está em comunicação de fluido com cada seção divergente.

[0073] Um décimo sexto aspecto particular inclui o décimo quarto e/ou décimo quinto aspectos, em que a profundidade na seção de transição é menor ou igual à profundidade na seção conectiva.

[0074] Em um décimo sétimo aspecto particular, uma estrutura capilar para o transporte direcional passivo de um fluido com um ângulo de contato θ no que diz respeito à estrutura capilar, a estrutura incluindo um capilar tendo uma direção para frente e uma direção para trás estendendo-se em um plano x-y e uma profundidade se estendendo em uma direção z, incluindo os capilares primeira e segunda unidades capilares, cada uma tendo uma seção divergente extremidade para trás, uma extremidade para a frente e uma largura na direção y, em que a largura aumenta linearmente da extremidade traseira para a extremidade dianteira, uma seção conectiva interposta entre a extremidade dianteira da primeira seção divergente da unidade capilar e a extremidade traseira da segunda seção divergente da unidade capilar, em que a seção conectiva está em comunicação de fluido com cada seção divergente, em que a extremidade traseira de cada segunda seção divergente da unidade capilar está ligada à seção conectiva, em que a extremidade anterior da seção divergente da primeira unidade capilar correspondente está conectada à seção conectiva para formar uma seção de transição com uma diminuição da largura em relação à extremidade frontal da primeira seção divergente da unidade capilar para a seção de ligação e em que a profundidade na seção de transição é inferior à profundidade em cada seção divergente e em que a seção de ligação com um perfil de largura w(x) altera a profundidade com um perfil angular β(x) e tem uma razão de aspecto a(x)conectiva = h(x)/W(x) > (1-cos θ (+β))/(2 cosθ) > 0, em que a seção divergente diverge da seção conectiva em um ângulo a de tal modo que < π/2 - θ e a < θ e em que a seção de transição tem uma profundidade menor que a profundidade na seção divergente.

[0075] Um décimo oitavo aspecto particular inclui o décimo sétimo aspecto particular, em que a seção conectiva aumenta em profundidade na direção para frente com um perfil angular β(x) > 0.

[0076] Um décimo nono aspecto particular inclui o décimo sétimo e/ou décimo oitavo aspecto, em que a seção conectiva aumenta em profundidade na direção para frente com um ângulo constante β > 0.

[0077] Um vigésimo aspecto particular inclui um ou mais aspectos 17-19, em que a seção de transição interrompe o transporte de fluido na direção para trás contra pressão hidrostática ou gravitacional.

[0078] Estas e outras modificações e variações da presente publicação podem ser praticadas pelos peritos no ofício, sem se afastar do espírito e âmbito da presente invenção, a qual é mais particularmente definida nas reivindicações anexas. Além disso, deve entender-se que os aspectos das várias formas de realização da presente divulgação podem ser trocados entre si, tanto na totalidade quanto em parte. Além disso, pessoas dotadas de conhecimento comum na área notarão que a descrição supracitada tem como finalidade apenas a exemplificação, e não deve ser interpretada como uma limitação da invenção, descrita com mais detalhes nas reivindicações anexadas.

Claims

1. Estrutura capilar para o transporte de fluido passivo e direcional, a estrutura caracterizada pelo fato de que compreende: um capilar (20) tendo um sentido para frente (40) e um sentido para trás (45) estendendo-se num plano x-y e uma profundidade se estendendo em uma direção z, o capilar (20) incluindo primeira e segunda unidades capilares (25), cada uma tendo uma seção divergente (B) tendo uma extremidade para trás, uma extremidade para frente e uma largura na direção y, em que a largura aumenta da extremidade traseira para a extremidade dianteira, em que a extremidade traseira da segunda seção divergente (B) da unidade capilar (25) está ligada à extremidade dianteira da primeira seção divergente (B) da unidade capilar (25) para formar uma seção de transição (C) que tem um decréscimo da largura da extremidade dianteira da primeira seção divergente (B) da unidade capilar (25) para a extremidade posterior da seção divergente (B) da segunda unidade capilar (25) e em que a profundidade na seção de transição (C) é inferior à densidade em cada seção divergente.

2. Estrutura capilar de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a largura aumenta linearmente da extremidade posterior para a extremidade dianteira em cada seção divergente (B).

3. Estrutura capilar de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda uma seção conectiva (A) interposta entre a extremidade dianteira da primeira seção divergente (B) da unidade capilar (25) e a extremidade posterior da segunda seção divergente (B) da unidade capilar (25), em que a seção conectiva (A) está em comunicação de fluido com cada seção divergente.

4. Estrutura capilar de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que a profundidade na seção de transição (C) é inferior ou igual à profundidade na seção conectiva (A).

5. Estrutura capilar de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o capilar (20) está pelo menos parcialmente aberto na direção z.

6. Estrutura capilar de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que cada seção divergente (B)é configurada para induzir um menisco côncavo na direção dianteira e em que a seção de transição (C) induz na direção inversa um menisco líquido convexo ou um menisco líquido direto com um raio de curvatura infinito.

7. Estrutura capilar de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda uma pluralidade de capilares dispostos em paralelo entre si.

8. Estrutura capilar de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que cada capilar (20) está sem uma interligação com outro capilar.

9. Estrutura capilar de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o capilar (20) é hidrofílico ou lipofílico.

10. Estrutura capilar de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a seção de transição (C)interrompe o transporte de fluido no sentido para trás (45).

11. Estrutura capilar de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a seção de transição (C) interrompe o transporte de fluido no sentido inverso (45) contra a pressão gravitacional ou hidrostática.

12. Estrutura capilar de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a profundidade sofre uma mudança de passo da seção divergente (B) para a seção de transição (C).

13. Estrutura capilar de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a profundidade sofre uma alteração em rampa da seção divergente (B) para a seção de transição (C).

14. Substrato para o transporte direcional de um fluido com um ângulo de contato θ, o substrato caracterizado pelo fato de que compreende uma estrutura capilar para transporte de fluido direcional passivo, a estrutura capilar incluindo uma pluralidade de capilares (20), cada um tendo uma direção para frente (40) e uma direção para trás (45) estendendo-se num plano x-y e uma profundidade que se estende numa direção z, cada capilar (20) incluindo primeira e segunda unidades capilares (25), cada uma tendo uma seção divergente (B) tendo uma extremidade posterior, uma extremidade dianteira e uma largura na direção y, em que a largura aumenta da extremidade posterior para a extremidade dianteira, em que a extremidade traseira de cada segunda seção divergente (B) da unidade capilar (25) está ligada à extremidade dianteira da seção divergente (B) da primeira unidade capilar (25) correspondente para formar uma seção de transição (C) com uma diminuição da largura da extremidade dianteira da primeira seção divergente (B) da unidade capilar (25) para a extremidade posterior da segunda seção divergente (B) da unidade capilar (25) e em que a profundidade na seção de transição (C) é menor do que a profundidade em cada seção divergente.

15. Substrato de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende ainda em cada capilar uma seção conectiva interposta entre a extremidade dianteira da primeira seção divergente (B) da unidade capilar (25) e a extremidade posterior da segunda seção divergente (B) da unidade capilar (25), em que a seção conectiva está em comunicação de fluido com cada seção divergente.

16. Substrato de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a profundidade na seção de transição (C) é inferior ou igual à profundidade na seção conectiva.

17. Estrutura capilar para o transporte direcional passivo de um fluido com um ângulo de contato θ no que diz respeito à estrutura capilar, a estrutura caracterizada pelo fato de que compreende: um capilar tendo um sentido para frente (40) e um sentido para trás (45) estendendo-se num plano x-y e uma profundidade se estendendo em uma direção z, o capilar incluindo primeira e segunda unidades capilares (25), cada uma tendo uma seção divergente (B) tendo uma extremidade para trás, uma extremidade para frente e uma largura na direção y, em que a largura aumenta linearmente da extremidade traseira para a extremidade dianteira, uma seção conectiva (A) interposta entre a extremidade dianteira da primeira seção divergente (B) da unidade capilar (25) e a extremidade traseira da segunda seção divergente (B) da unidade capilar (25), em que a seção conectiva (A) está em comunicação de fluido com cada seção divergente em que a extremidade traseira da segunda seção divergente (B) da unidade capilar (25) está ligada à seção conectiva (A), em que a extremidade dianteira da primeira seção divergente (B) da unidade capilar (25) está ligada à seção conectiva (A) para formar uma seção de transição (C) que tem uma diminuição da largura em relação à extremidade frontal da primeira seção divergente (B) da unidade capilar (25) para a seção conectiva (A), e em que a profundidade na seção de transição (C) é menor que a profundidade em cada seção divergente, e em que a seção conectiva (A) com um perfil de largura w(X) altera a profundidade h(x) com um perfil angular β(X) e tem uma razão de aspecto a(X)conectivo = h(X)/W(X) > (1-cos(θ+β)/(2 cosθ) > 0, em que a seção divergente (B) diverge da seção conectiva (A) em um ângulo a de tal modo que a < π/2 - θ e a < θ e em que a seção de transição (C) tem uma profundidade menor que a profundidade na seção divergente.

18. Estrutura capilar de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato de que a seção conectiva (A) aumenta em profundidade na direção para frente (40) com um perfil de ângulo β(X ) > 0.

19. Estrutura capilar de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato de que a seção conectiva (A) aumenta em profundidade na direção para frente (40) com um ângulo constante β > 0

20. Estrutura capilar de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato de que a seção de transição (C) interrompe o transporte de fluido no sentido inverso contra a pressão hidrostática ou gravitacional.