DE102008048064A1 - Microfluidic valve, microfluidic pump, microfluidic system and a manufacturing process - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein mikrofluidisches Ventil, eine mikrofluidische Pumpe, ein mikrofluidisches System und ein Verfahren zu deren Herstellung. Ein mikrofluidisches Ventil umfaßt: ein Aktuationselement mit zumindest einem Aktuator, eine Druchflußelement mit zumindest einem Durchflußkanal, einen Membranhalter mit einer Membranhalteroberseite, die mit dem Aktuationselement verbunden ist, einer Membranhalterunterseite, die mit dem Durchflußelement verbunden ist, zumindest einer Membranhalteröffnung und zumindest einer aktuierbaren, rückstellfähigen, insbesondere elastisch verformbaren, Membran, welche in der zumindest einen Membranhalteröffnung angeordnet ist, wobei die zumindest eine Membran mit einer Membranunterseite mit dem Durchmesser Du zumindest bereichsweise an dem zumindest einem Durchflußkanal angeordnet ist, wobei die zumindest ein Membran mit einer Membranoberseite mit dem Druchmesser Do zumindest bereichsweise an dem zumindest einem Aktuator angeordnet ist, wobei der Durchmesser Do größer als der Durchmesser Du ist und wobei die Wandung des zumindest einen Durchflußkanals durch die zumindest eine aktuierbare Membran in einem Ventilsitz mechanisch kontaktierbar ist, so daß der zumindest eine Durchflußkanal im wesentlichen vollständig durch die Membran verschließbar ist.The invention relates to a microfluidic valve, a microfluidic pump, a microfluidic system and a method for the production thereof. A microfluidic valve comprises: an actuator element having at least one actuator, a flow element having at least one flow channel, a membrane holder having a membrane holder top connected to the actuator element, a membrane holder bottom connected to the flow element, at least one membrane holder opening and at least one actuatable, resilient, in particular elastically deformable, membrane, which is arranged in the at least one membrane holder opening, wherein the at least one membrane with a membrane base with the diameter Du at least partially disposed on the at least one flow channel, wherein the at least one membrane with a membrane top with the Druchmesser Do is at least partially disposed on the at least one actuator, wherein the diameter Do is greater than the diameter Du and wherein the wall of the at least one flow channel through the at least one aktuierb Are membrane in a valve seat mechanically contacted, so that the at least one flow channel is substantially completely closed by the membrane.

Description

Die Erfindung betrifft ein mikrofluidisches Ventil, eine mikrofluidische Pumpe, ein mikrofluidisches System und ein Verfahren zu deren Herstellung.The The invention relates to a microfluidic valve, a microfluidic Pump, a microfluidic system and a method for their production.

Eine mikrofluidische Komponenten im Sinne dieser Anmeldung, sind beispielsweise ein mikrofluidisches Ventil (Mikroventil) oder eine mikrofluidische Pumpe (Mikropumpe). Die durch das Mikroventil gesteuerten bzw. geregelten Fluidleitungen bzw. Durchflußkanäle sind zum Fluidtransport mit Fließraten von etwa 1 μl/min bis etwa 10 ml/min ausgelegt. Dementsprechend weisen die Durchflußkanäle Durchmesser im Bereich von etwa 100 μm bis etwa 1 mm auf. Entsprechend sind Mikropumpen dazu ausgelegt, die oben genannten Fließraten in den Durchflußkanälen zu erzeugen.A Microfluidic components in the context of this application are, for example a microfluidic valve (microvalve) or a microfluidic Pump (micropump). The controlled by the micro valve or regulated Fluid lines or flow channels are for fluid transport with flow rates of about 1 μl / min designed to about 10 ml / min. Accordingly, the flow channels have diameters in the range of about 100 microns up to about 1 mm. Accordingly, micropumps are designed to the above flow rates to generate in the flow channels.

Zur Herstellung einer mikrofluidischen Komponente ist es daher ein Herstellungsverfahren notwendig, welches die Durchflußkanäle und die weiteren Elemente der mikrofluidischen Komponente mit hinreichender Präzision auszubilden. Vielfach werden die mikrofluidischen Komponenten daher mit Verfahren hergestellt, die aus dem Bereich der Siliziumtechnologie stammen. Dabei ist es notwendig zwei bis drei Siliziumwafer zu strukturieren und miteinander zu verbinden, um die notwendigen Strukturen eines Mikroventils oder einer Mikropumpe auszubilden. Aufgrund der Härte des Siliziums sind daraus hergestellte mikrofluidische Komponenten nicht partikeltolerant, so daß beispielsweise im Ventilbereich festsitzende Partikel ein Schließen des Mikroventils verhindern können.to Production of a microfluidic component is therefore a manufacturing process necessary, which the flow channels and the form further elements of the microfluidic component with sufficient precision. In many cases, therefore, the microfluidic components with process manufactured, which originate from the range of the silicon technology. It is necessary to structure two to three silicon wafers and to connect with each other to the necessary structures of a Micro valve or a micropump form. Due to the hardness of the Silicon are not microfluidic components made therefrom Particulate tolerant, so that, for example in the valve area stuck particles closing the Prevent microvalve.

Daher stellt sich die Aufgabe eine mikrofluidische Komponente herzustellen und bereitzustellen, die zuverlässiger betrieben werden kann und dabei einfacher und kostengünstiger herzustellen ist.Therefore the task is to produce a microfluidic component and provide the more reliable can be operated while simpler and cheaper is to produce.

Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The Task is by the independent claims solved. Preferred embodiments are the subject of the dependent Claims.

Das Herstellungsverfahren gemäß einem AspektThe manufacturing process according to one aspect

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mikrofluidischen Komponente, umfassend die Schritte:

  • – Bereitstellen eines Membranhalters mit einer Membranhalteroberseite, die ausgelegt ist mit einem Aktuationselement verbunden zu werden, einer Membranhalterunterseite, die ausgelegt ist mit einem Durchflußelement verbunden zu werden und zumindest einer Membranhalteröffnung, welche an der Membranhalteroberseite jeweils einen Durchmesser Do und an der Membranhalterunterseite jeweils einen Durchmesser Du aufweist;
  • – Ausbilden zumindest einer rückstellfähigen, insbesondere elastisch verformbaren, Membran in der Membranhalteröffnung;
  • – Bereitstellen eines Aktuationselementes mit zumindest einem Aktuator;
  • – Verbinden des zumindest einen Aktuationselementes mit der Membranhalteroberseite des Membranhalters, so daß die Membran zumindest bereichsweise an zumindest einem Aktuator angeordnet ist, so daß die Membran durch den Aktuator aktuierbar ist;
  • – Bereitstellen eines Durchflußelementes mit zumindest einem Durchflußkanal;
  • – Verbinden des Durchflußelementes mit der Membranhalterunterseite des Membranhalters so daß die zumindest eine Membran zumindest bereichsweise an zumindest einem Durchflußkanal angeordnet ist, so daß die Wandung des Durchflußkanals durch die aktuierbare Membran in einem Ventilsitz mechanisch kontaktierbar ist.
One aspect of the present invention relates to a method for producing a microfluidic component, comprising the steps:
  • Providing a membrane holder having a membrane holder top adapted to be connected to an actuator, a membrane holder bottom adapted to be connected to a flow member, and at least one membrane holder opening having a diameter D o on the membrane holder top and one on the membrane holder bottom, respectively Having diameter D u ;
  • - Forming at least one resilient, in particular elastically deformable, membrane in the membrane holder opening;
  • - Providing an actuator element with at least one actuator;
  • - Connecting the at least one Aktuationselementes with the membrane holder top of the membrane holder, so that the membrane is at least partially disposed on at least one actuator, so that the membrane can be actuated by the actuator;
  • - Providing a flow element with at least one flow channel;
  • - Connecting the flow element to the membrane holder bottom of the membrane holder so that the at least one membrane is at least partially disposed on at least one flow channel, so that the wall of the flow channel through the actuatable membrane in a valve seat is mechanically contacted.

Vorteilhafterweise ist das Mikroventil ohne aufwendige Arbeitsschritte oder Verwendung teuerer Materialien einfach und kostengünstig herzustellen. Durch die Ausbildung der rückstellfähigen Membran in dem Membranhalter erfolgt eine besonderes zuverlässige und haltbare Befestigung der Membran. Ferner können für die Membran und den Membranhalter vorteilhafterweise unterschiedliche Materialien verwendet werden, die entsprechend ihrer Funktion ausgewählt werde können.advantageously, is the microvalve without elaborate steps or use expensive materials easily and inexpensively. By the Forming the resilient membrane in the membrane holder is a particularly reliable and durable attachment of the membrane. Further, for the membrane and the membrane holder Advantageously, different materials are used, the can be selected according to their function.

Insbesondere kann der Membranhalter einstückig sein. Ferner kann der Membranhalter aus Metall, insbesondere Edelstahl, oder aus einem Polymer, insbesondere aus Polymethylmethacryl bzw. Acrylglas oder Polyimid, bestehen.Especially the membrane holder can be made in one piece be. Furthermore, the membrane holder made of metal, in particular stainless steel, or of a polymer, in particular of polymethyl methacrylate or Acrylic glass or polyimide.

Der Durchmesser Du ist insbesondere etwa gleich dem Durchflußkanaldurchmesser. Bei mikrofluidischen Komponenten im Sinne dieser Anmeldung liegt der Durchmesser Du in einem Bereich von etwa 100 μm bis etwa 1000 μm.The diameter D u is in particular approximately equal to the Durchflußkanaldurchmesser. For microfluidic components in the context of this application, the diameter D u is in a range of about 100 microns to about 1000 microns.

Der Bereich der Durchflußkanals an dem die Membran angeordnet ist und die Wandung des Durchflußkanals in der Betätigungsposition mechanisch kontaktiert wird als Ventilsitz bezeichnet.Of the Area of the flow channel where the membrane is located and the wall of the flow channel in the operating position contacted mechanically is referred to as a valve seat.

Begriffsbestimmungendefinitions

Zum einfacheren Verständnis der Erfindung wird nachfolgend eine Vielzahl von Begriffen beispielhaft definiert.To the easier understanding In the following, a multitude of terms will be defined by way of example.

Der Membranhalter weist eine im wesentlichen flächige Gestalt auf. Zur eindeutigen Beschreibung von Richtungen und geometrischen Relationen wird in der folgenden Beschreibung davon ausgegangen, daß der im wesentlichen ebene Membranhalter durch die zwei orthogonalen Richtungsvektoren der x- und y-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems aufgespannt ist. Senkrecht dazu erstreckt sich die z-Richtung nach oben, d. h. entgegen der Schwerkraftrichtung. Dementsprechend sind die relativen Positionsbegriffe derart definiert, daß eine obere Position von der unteren Position aus gesehen im wesentlichen in z-Richtung von der unteren Position beabstandet ist.Of the Membrane holder has a substantially flat shape. To the clear Description of directions and geometric relations will be in the following description assumed that the substantially planar Membrane holder through the two orthogonal direction vectors of x- and y-direction of a Cartesian coordinate system spanned is. Perpendicular to the z-direction extends upward, d. H. against the direction of gravity. Accordingly, the relative Positional terms defined such that an upper position of the bottom position seen substantially in the z-direction from the bottom Position is spaced.

Erstreckungs-, Kraft- und/oder Verlagerungsrichtung(en) kann/können in bezug auf ein Koordinatensystem angegeben werden. Wird in der folgenden Beschreibung in Zusammenhang mit einer Richtungsangabe der Begriff „im wesentlichen” verwendet, so bedeutet dies insbesondere, daß die Anzugebende Richtung von der genannten Bezugsrichtung um weniger als etwa ±20 Grad, vorzugsweise um weniger als etwa ±15 Grad, weiter bevorzugt um weniger als etwa ±10 Grad, und besonders bevorzugt um weniger als etwa ±5 Grad, insbesondere um weniger als etwa ±2 Grad abweicht. Der Begriff ”im wesentlichen” kann insbesondere eine geringfügige Abweichung von einem Sollwert beschreiben, insbesondere eine Abweichung im Rahmen der Herstellungsgenauigkeit und/oder im Rahmen der notwendigen Genauigkeit, so daß ein Effekt beibehalten wird, wie er bei dem Sollwert vorhanden ist. Der Begriff ”im wesentlichen” kann daher eine Abweichung von weniger als etwa ±30%, weniger als etwa ±20%, weniger als etwa ±10%, weniger als etwa ±5%, weniger als etwa ±2%, bevorzugt weniger als etwa ±1% von einem Sollwert bzw. Sollposition, usw. beinhalten. Der Begriff ”im wesentlichen” umfaßt den Begriff ”identisch”, d. h. ohne Abweichung von einem Sollwert, einer Sollposition usw. sein.of extension, Force and / or displacement direction (s) can / with respect to a coordinate system be specified. Related in the following description using the term "essentially" with a directional indication, this means, in particular, that the direction to be indicated is that of said reference direction is less than about ± 20 degrees, preferably less than about ± 15 degrees, more preferably less than about ± 10 Degrees, and more preferably less than about ± 5 degrees, in particular less than about ± 2 Degree deviates. The term "im essential "can especially a minor one Describe deviation from a target value, in particular a deviation within the manufacturing accuracy and / or within the scope of the necessary Accuracy, so that one Effect is maintained, as it is present at the setpoint. The term "im essential "can therefore, a deviation of less than about ± 30%, less than about ± 20%, less as about ± 10%, less than about ± 5%, less than about ± 2%, preferably less than about ± 1% from a setpoint, etc., respectively. The term "substantially" includes the term "identical," d. H. without deviation from a desired value, a desired position, etc.

Wird in der folgenden Beschreibung in Zusammenhang mit einer Angabe in einer Maßeinheit Grad der Begriff „etwa” verwendet, so bedeutet dies insbesondere, daß der anzugebende Wert von dem genannten Sollwert um weniger als ±10%, und bevorzugt um weniger als ±5%, weiter bevorzugt um weniger als ±2%, besonders bevorzugt um weniger als ±1%, insbesondere um weniger als ±0,5% abweicht.Becomes in the following description in connection with an indication in a unit of measurement Degree the term "about" used this means, in particular, that the value to be indicated by the said set point by less than ± 10%, and preferably by less as ± 5%, more preferably less than ± 2%, more preferably about less than ± 1%, in particular by less than ± 0,5% differs.

Der Begriff „Durchmesser” ist, soweit er nicht im Sinne eines Kreisdurchmessers zu verstehen ist, als maximale Ausdehnung entlang einer Richtung zu verstehen. Beispielsweise hat eine quadratische Öffnung mit der Kantenlänge 1 mm gemäß dieser Definition einen Durchmesser von √2 mm.The term "diameter" is, as far as it is not to be understood in the sense of a circle diameter, to be understood as the maximum extent along a direction. For example, a square hole with the edge length 1 mm according to this definition has a diameter of √ 2 mm.

Die vorgenannten Positionen und Richtungen sind beispielhaft und dienen insbesondere als Referenz zur Beschreibung z. B. von Seiten des Membranhalters und/oder zur Bestimmung von Richtungen, um beispielsweise eindeutig definierbare bzw. bestimmbare Koordinaten anzugeben. Gegebenenfalls können auch andere Positionen verwendet werden bzw. ein anderes Koordinatensystem.The The aforementioned positions and directions are exemplary and serve in particular as a reference to the description z. B. from the side of Membrane holder and / or for the determination of directions, for example clearly definable or determinable coordinates. Possibly can also other positions are used or another coordinate system.

Bevorzugte Ausführungsformen des HerstellungsverfahrensPreferred embodiments of the manufacturing process

Vorzugsweise ist der Durchmesser Do größer als der Durchmesser Du. Insbesondere kann die Membranhalteröffnung konisch ausgebildet sein, beispielweise durch einen konisches Schneiden der Membranhalteröffnung aus dem Membranhalter oder durch Bohren bzw. Senken einer konischen Membranhalteröffnung mittels eines konischen Bohr- bzw. Senkwerkzeugs in den, insbesondere plattenförmigen, Membranhalter. Besonders bevorzugt ist das Verhältnis der Durchmesser Do/Du vorzugsweise größer als 1,1, weiter bevorzugt größer als 1,2, größer als 1,4, größer als 2, größer als 2,8 und insbesondere größer als 4.Preferably, the diameter D o is greater than the diameter D u . In particular, the membrane holder opening may be conical, for example by a conical cutting of the membrane holder opening from the membrane holder or by drilling or lowering a conical membrane holder opening by means of a conical drilling or countersinking tool in the, in particular plate-shaped, membrane holder. Particularly preferably, the ratio of the diameter D o / D u is preferably greater than 1.1, more preferably greater than 1.2, greater than 1.4, greater than 2, greater than 2.8 and in particular greater than 4.

Vorteilhafterweise wird durch eine beispielsweise konische Ausbildung der Membranhalteröffnung die darin gehaltene Membran gehindert, sich nach unten – also entgegen der z-Richtung – zu verlagern, wenn die Membran durch Anlegen einer Kraft an die Membran entgegen der z-Richtung betätigt, d. h. entgegen der z-Richtung verformt bzw. verlagert, wird.advantageously, is by an example conical design of the membrane holder opening in it held diaphragm prevented to shift down - ie opposite to the z-direction - when the membrane opposes by applying a force to the membrane the z direction is actuated, d. H. against the z-direction deformed or shifted, is.

Weiter vorteilhafterweise wird die Kontaktfläche zwischen dem Membranhalter und der Membran vergrößert, so daß die Bindungskraft zwischen beiden ebenfalls vergrößert wird, wenn die spezifische Bindungskraft pro Flächeneinheit zwischen Membranhalter und Membran konstant bleibt.Further Advantageously, the contact surface between the membrane holder and the membrane enlarges, so that the Bonding force between the two is also increased if the specific Binding force per unit area between membrane holder and membrane remains constant.

Vorzugsweise umfaßt das Verfahren weiter die Schritte:

  • – Bereitstellen einer unteren Membranträgerschicht;
  • – Bereitstellen einer oberen Membranträgerschicht;
  • – Ausbilden zumindest einer unteren Membranträgeröffnung in der unteren Membranträgerschicht mit jeweils einer Mittelachse Mu und jeweils einem Durchmesser Du;
  • – Ausbilden zumindest einer oberen Membranträgeröffnung in der oberen Membranträgerschicht mit jeweils einer Mittelachse Mo und jeweils einem Durchmesser Do;
  • – Verbinden der oberen Membranträgerschicht mit der unteren Membranträgerschicht unter Ausbildung des Membranhalters, so daß die Mittelachsen Mu und Mo im wesentlichen zusammenfallen, so daß die untere Membranträgeröffnung und die obere Membranträgeröffnung die Membranhalteröffnung ausbilden.
Preferably, the method further comprises the steps of:
  • - Providing a lower membrane support layer;
  • Providing an upper membrane carrier layer;
  • - Forming at least one lower membrane carrier opening in the lower membrane carrier layer, each having a central axis M u and each having a diameter D u ;
  • - Forming at least one upper membrane carrier opening in the upper membrane carrier layer, each having a central axis M o and each having a diameter D o ;
  • - Connecting the upper membrane carrier layer with the lower membrane carrier layer to form the membrane holder, so that the central axes M u and M o substantially coincide, so that the lower membrane carrier opening and the upper membrane carrier opening form the membrane holder opening.

Eine Membranträgerschicht ist im wesentlichen ein ebenes flächiges bzw. plattenförmiges Werkstück, insbesondere eine Folien, die sich im wesentlichen parallel zu der x-y-Ebene erstreckt. Die Schichtdicke bzw. Stärke der Membranträgerschicht entlang der z-Richtung ist besonders bevorzugt kleiner als etwa 1000 μm, weiter vorzugsweise von kleiner als etwa 500 μm, weiter bevorzugt kleiner als etwa 300 μm, besonders bevorzugt kleiner als etwa 100 μm, und insbesondere kleiner als etwa 30 μm. Besonders bevorzugt bestehen die untere und obere Membranträgerschicht aus einem Polymer, insbesondere einem Polyimid.A Membrane support layer is essentially a flat planar or plate-shaped workpiece, in particular a foil that is substantially parallel to the x-y plane extends. The layer thickness or thickness of the membrane carrier layer along the z-direction is more preferably less than about 1000 μm, further preferably less than about 500 microns, more preferably less than about 300 μm, especially preferably less than about 100 μm, and in particular less than about 30 microns. Particularly preferred the lower and upper membrane support layer from a polymer, in particular a polyimide.

In zwei Membranträgerschichten werden, insbesondere kreisförmige, Öffnungen mit voneinander verschiedenen Durchmessern Du und Do ausgebildet, wobei Du als kleinerer Durchmesser ausgebildet wird. Die Membranträgerschicht mit der kleineren Öffnung mit dem Durchmesser Du wird zur unteren Membranträgerschicht, die verbliebene Membranträgerschicht wird demzufolge zur oberen Membranträgerschicht. Die Membranträgerschichten werden derart übereinander angeordnet und miteinander verbunden, daß die Mittelachsen Mu und Mo der Öffnungen, bei kreisförmigen Öffnungen sind dies die Zylinderachsen der Öffnungen, im wesentlichen zusammenfallen. Das heißt, daß der Versatz zwischen den Mittelachsen Mu und Mo kleiner als etwa 20% des Durchmessers Du ist, besonders bevorzugt kleiner als etwa 10% oder etwa 5% des Durchmessers Du ist.In two membrane carrier layers are formed, in particular circular, openings with mutually different diameters D u and D o , wherein D u is formed as a smaller diameter. The membrane carrier layer with the smaller opening having the diameter Du becomes the lower membrane carrier layer, the remaining membrane carrier layer thus becomes the upper membrane carrier layer. The membrane carrier layers are superimposed and connected to one another such that the central axes M u and M o of the openings, in the case of circular openings, these are the cylinder axes of the openings, substantially coincide. That is, the offset between the center axes M u and M o is less than about 20% of the diameter D u , more preferably less than about 10% or about 5% of the diameter D u .

Bei nicht kreis- bzw. zylinderförmigen Öffnungen sei die Mittelachse der Öffnung dadurch definiert, daß die Mittelachse parallel zur z-Richtung und durch den geometrischen Mittelpunkt der Öffnung verläuft.at non-circular or cylindrical openings Let be the central axis of the opening defined by the fact that the Central axis parallel to the z-direction and through the geometric Center of the opening runs.

Vorteilhafterweise kann eine Membranhalteröffnung besonders einfach durch, insbesondere rechtwinkliges, Schneiden zweier Öffnungen in die Membranträgerschichten mittels einer Klinge oder eines Laserstrahles, insbesondere maschinell, erzeugt werden. Durch die Verbindung der zwei Membranträgerschichten wird dann der Membranhalter ausgebildet, wobei die Verbindung insbesondere durch Kleben, Laminieren, Schweißen oder Vulkanisieren erfolgen kann.advantageously, may be a membrane holder opening particularly easy by, in particular rectangular, cutting two openings in the membrane carrier layers by means of a blade or a laser beam, in particular by machine, be generated. By connecting the two membrane carrier layers is then formed the membrane holder, wherein the compound in particular by gluing, laminating, welding or vulcanization can.

Die Membran hat vorteilhafterweise eine vergrößerte Auflagerfläche auf der unteren Membranträgerschicht. Um die Membran unter hoher Druckbelastung von etwa 100 kPa bis etwa 500 kPa sicher zu halten, ist das Verhältnis der Durchmesser Do/Du vorzugsweise größer als 1,1, weiter bevorzugt größer als 1,2, größer als 1,4, größer als 2, größer als 2,8, größer als 4, insbesondere größer als 5.The membrane advantageously has an enlarged bearing surface on the lower membrane carrier layer. In order to keep the membrane safe under high pressure loading of about 100 kPa to about 500 kPa, the ratio of the diameters D o / D u is preferably greater than 1.1, more preferably greater than 1.2, greater than 1.4, greater than 2, greater than 2.8, greater than 4, in particular greater than 5.

Vorzugsweise ist die untere Membranträgerschicht und/oder die obere Membranträgerschicht zumindest einseitig mit einem Klebemittel beschichtet und das Verbinden der oberen Membranträgerschicht mit der unteren Membranträgerschicht erfolgt durch das Kleben.Preferably is the lower membrane carrier layer and / or the upper membrane carrier layer coated on at least one side with an adhesive and bonding the upper membrane carrier layer with the lower membrane carrier layer done by gluing.

Besonders vorzugsweise kann das Klebemittel ein Schmelzkleber sein, insbesondere ein akrylisches Monomer, das thermisch vernetzt wird. Insbesondere liegt die Temperatur beim Verbinden der Membranträgerschichten im einem Bereich von etwa 100°C bis etwa 200°C. Die Verbindung erfolgt vorzugsweise mittels Walzenlamination oder durch Pressen.Especially Preferably, the adhesive may be a hot melt adhesive, in particular an acrylic monomer that is thermally crosslinked. Especially is the temperature when connecting the membrane carrier layers in a range of about 100 ° C up to about 200 ° C. The compound is preferably by means of rolling lamination or by pressing.

Vorteilhafterweise ist die Verbindung zwischen den Membranträgerschichten durch das Klebemittel besonders einfach und zuverlässig herzustellen.advantageously, the connection between the membrane carrier layers by the adhesive is especially easy and reliable manufacture.

Vorzugsweise umfaßt das Verfahren weiter die Schritte:

  • – Anordnen einer Abdeckung an den Membranhalter, um die Membranhalteröffnung einseitig zu verschliessen;
  • – Anordnen einer Schablone an der unverschlossenen Seite der Membranhalteröffnung, wobei die Schablone eine im wesentlichen zu der zumindest einen Membranhalteröffnung kongruenten Schablonenöffnung aufweist, so daß der Membranhalter außerhalb der Membranhalteröffnung im wesentlichen vollständig abgedeckt ist.
Preferably, the method further comprises the steps of:
  • - Arranging a cover to the membrane holder to close the membrane holder opening on one side sen;
  • Arranging a template on the unsealed side of the membrane holder opening, the template having a template opening substantially congruent with the at least one membrane holder opening, so that the membrane holder outside the membrane holder opening is substantially completely covered.

Durch das, insbesondere bündige, Verschliessen der Membranhalteröffnung an einer Seite, kann über die noch zugängliche Seite der Membranöffnung eine Substanz in die Membranhalteröffnung eingebracht werden, die im Weiteren die Membran ausbildet. Diese Substanz wird durch die Abdeckung an einem Austritt aus der Membranhalteröffnung gehindert. Zweckmäßigerweise ist die Abdeckung an der Membranhalterunterseite angeordnet.By that, in particular flush, Close the membrane holder opening on one side, can over the still accessible Side of the membrane opening a substance is introduced into the membrane holder opening, which subsequently forms the membrane. This substance is going through the cover is prevented from exiting the membrane holder opening. Conveniently, the cover is arranged on the membrane holder bottom.

Um den Membranhalter beim Einfüllen der Substanz und dem anschließenden Aufrakeln vor Verschmutzungen durch die Substanz zu schützen, wird die Schablone an der unabgedeckten Seite der Membranhalteröffnung angeordnet.Around the membrane holder during filling the substance and the subsequent Shielding to protect against contamination by the substance is the template is placed on the uncovered side of the membrane holder opening.

Vorteilhafterweise ermöglicht die Ausbildung der Membran aus einer noch flüssigen, sich im Weiteren verfestigenden Substanz die Ausbildung einer Verbindung zwischen der Membran und dem Membranhalter. Ein zusätzliches Klebemittel ist nicht notwendig im Gegensatz zum Einsetzen einer vorgefertigten Membran in die Membranhalteröffnung.advantageously, allows the formation of the membrane of a still liquid, further solidifying Substance the formation of a connection between the membrane and the membrane holder. An additional Adhesive is not necessary as opposed to inserting a prefabricated membrane in the membrane holder opening.

Besonders bevorzugt besteht die Schablone aus Metall. Die Öffnung der Schablone mit dem Durchmesser Do kann insbesondere durch ein (photo-)lithographisches Verfahren ausgebildet werden. Insbesondere kann die Öffnung in einer Metallfolie durch ein Ätzbad ausgebildet werden.Particularly preferably, the template consists of metal. The opening of the template with the diameter D o can be formed in particular by a (photo) lithographic process. In particular, the opening in a metal foil can be formed by an etching bath.

Vorzugsweise umfaßt das Verfahren weiter den Schritt: Aufrakeln einer elastisch verfestigenden Substanz zur Ausbildung der Membran. Vorteilhafterweise ist das Aufrakeln der Substanz besonders einfach und mit geringem Aufwand durchzuführen.Preferably comprises the method further comprises the step of: doctoring an elastically strengthening one Substance for forming the membrane. This is advantageous Scrape the substance very easily and with little effort perform.

Vorzugsweise umfaßt das Verfahren weiter die Schritte:

  • – Anordnen einer Form an den Membranhalter, wobei die Form zu jeder Membranhalteröffnung an der Membranhalteroberseite jeweils eine im wesentlichen zu dieser kongruente Aussparung sowie jeweils zumindest eine Zu- und Ableitung, welche die Aussparung mit dem Äußeren der Form verbinden, aufweist;
  • – Zuführen einer flüssigen sich elastisch verfestigenden Substanz in den durch den Membranhalter, die Abdeckung und die Form gebildeten Hohlraum;
  • – Verfestigen der flüssigen Substanz zur Ausbildung der Membran.
Preferably, the method further comprises the steps of:
  • Arranging a mold on the membrane holder, wherein the mold to each membrane holder opening on the membrane holder top each having a substantially congruent to this recess and in each case at least one inlet and outlet, which connect the recess with the exterior of the mold;
  • Feeding a liquid elastically solidifying substance into the cavity formed by the membrane holder, the cover and the mold;
  • - Solidifying the liquid substance to form the membrane.

Insbesondere wird die Form derart an der Membranhalteroberseite angeordnet, daß sich jede kongruente Aussparung der Form mit der zugeordneten Membranhalteröffnung deckt. In dieser Position wird die Form an den Membranhalter angepreßt oder verklebt, so daß ein im wesentlichen fluiddichter, lösbarer mechanischer Kontakt zwischen der Form und dem Membranhalter ausgebildet ist.Especially the mold is placed on the membrane holder top so that each congruent recess of the mold with the associated membrane holder opening covers. In this position, the mold is pressed against the membrane holder or glued, so that a essentially fluid-tight, detachable formed mechanical contact between the mold and the membrane holder is.

Die Form weist zumindest eine Zuleitung und zumindest eine Ableitung auf, welche jeweils eine Verbindung herstellen zwischen dem Äußeren und dem Hohlraum, der durch die Form, den Membranhalter und der Abdeckung gebildet wird. Insbesondere besteht die Form aus Polymethylmethacrylat (PMMA) bzw. Acrylglas. Besonders bevorzugt ist die Aussparung der Form im wesentlichen kegelstumpfförmig ausgebildet.The Form has at least one supply line and at least one derivative on which each connect between the exterior and the cavity formed by the mold, the membrane holder and the cover is formed. In particular, the mold is made of polymethylmethacrylate (PMMA) or acrylic glass. Particularly preferably, the recess of Form substantially frusto-conical shape.

Vorzugsweise über die Zuleitung wird eine flüssige sich elastisch verfestigende Substanz in den Hohlraum eingebracht, wobei die in dem Hohlraum befindliche Luft über die Ableitung entweichen kann. Die Zufuhr der flüssigen Substanz wird beendet, sobald die Substanz aus der Ableitung austritt. Insbesondere können aber sowohl die Zuleitung als auch die Ableitung dazu dienen, die flüssige Substanz zuzuführen bzw. die Luft abzuleiten.Preferably over the Supply line becomes a liquid elastically solidifying substance introduced into the cavity, wherein the air in the cavity escape via the discharge can. The supply of liquid Substance stops when the substance exits the drain. In particular, however, you can both the supply and the discharge serve to the liquid substance supply or to divert the air.

Besonders vorzugsweise erfolgt die Zufuhr der flüssigen sich elastisch verfestigenden Substanz in den folgenden zwei Schritten. Im ersten Schritt erfolgt die Zufuhr der flüssigen Substanz mittels der Dispensierspitze, die durch eine der Zuleitungen oder durch eine der Ableitungen in die Form eingeführt wird. Dabei wird die Dispensierspitze vorzugsweise bis nahe an die Abdeckung herangeführt, wodurch der Hohlraum zwischen der Form und dem Membranhalter von seinem tiefsten Punkt her mit der flüssigen Substanz ausgefüllt werden kann. Vorteilhafterweise wird dadurch der Einschluß von Luftblasen verhindert.Especially Preferably, the supply of liquid is elastically solidifying Substance in the following two steps. In the first step takes place the supply of liquid Substance by means of the Dispensierspitze, by one of the supply lines or introduced into the mold through one of the leads. In this case, the dispensing tip is preferably close to the cover introduced, whereby the cavity between the mold and the membrane holder of At its lowest point can be filled with the liquid substance. Advantageously, this prevents the inclusion of air bubbles.

Bevor die zugeführte Menge der flüssigen Substanz ein Mundloch einer Zu- oder Ableitung erreicht, wird die Dispensierspitze aus der Form entfernt, so daß in einem zweiten Schritt die Zufuhr der flüssigen Substanz über eine der Zuleitungen, wobei die Dispensierspitze vorzugsweise nicht in den Hohlraum ragt, sondern lediglich bereichsweise in die Zuleitung eingeführt ist.Before the supplied Amount of liquid Substance reaches a mouth hole of an inlet or outlet, the Dispensing tip removed from the mold, so that in a second step the supply of liquid Substance over one of the supply lines, the dispensing tip preferably not protrudes into the cavity, but only partially in the supply line introduced is.

Vorteilhafterweise ist die Auswahl an möglichen flüssigen sich elastisch verfestigenden Substanz bei diesem Verfahren zur Herstellung der Membran besonderen umfangreich.advantageously, is the choice of possible liquid elastically solidifying substance in this process for Production of the membrane is particularly extensive.

Vorzugsweise ist die Abdeckung durch ein Lösungsmittel löslich und/oder durch ein Lösungsmittel im wesentlichen kraftfrei ablösbar. Zweckmäßigerweise wird die ausgebildete Membran oder der Membranhalter nicht, auch nicht teilweise, durch das Lösungsmittel gelöst. Besonders bevorzugt ist das Lösungsmittel Wasser.Preferably is the cover by a solvent soluble and / or by a solvent essentially detachable without force. Conveniently, does not make the formed membrane or membrane holder, too not partially, by the solvent solved. Particularly preferred is the solvent Water.

Besonders bevorzugt ist die Abdeckung eine Folie, insbesondere eine Polyesterfolie, welche mit Polyvinylalkohol und/oder Polyvinylpyrolidon beschichtet ist. Die Beschichtung ist wasserlöslich, so daß die Abdeckung ohne Krafteinwirkung von dem Membranhalter lösbar, d. h. durch Wasser ablösbar, ist.Especially the cover is preferably a film, in particular a polyester film, which is coated with polyvinyl alcohol and / or polyvinylpyrolidone is. The coating is water soluble, so that the cover Solvable without force from the membrane holder, d. H. removable by water is.

Vorteilhafterweise kann die Abdeckung ohne Krafteinwirkung vom Membranhalter und von der ausgebildeten Membran abgelöst werden, so daß eine Beschädigung der Membran verhindert wird.advantageously, The cover can be released from the membrane holder and without force the trained membrane detached so that one damage the membrane is prevented.

Vorzugsweise umfaßt das Verfahren das Dispensieren einer flüssigen sich elastisch verfestigenden Substanz vom Rand der Membranhalteröffnung zur Mitte hin, insbesondere spiralförmig, so daß die Membranhalteröffnung geschlossen wird. Besonders vorzugsweise wird der Rand der Membranhalteröffnung durch die sich elastisch verfestigende Substanz im wesentlichen vollständig bedeckt und insbesondere wird die Membranhalteröffnung durch diese Substanz im wesentlichen vollständig verfüllt.Preferably comprises the method of dispensing a liquid elastically solidifying substance from the edge of the membrane holder opening towards the center, in particular spirally, so that the membrane holder opening is closed becomes. Particularly preferably, the edge of the membrane holder opening is through the elastically solidifying substance is substantially completely covered and more specifically, the membrane holder opening becomes through this substance essentially complete filled.

Diese alternative Art der Membranausbildung benötigt vorteilhafterweise weder eine Abdeckung noch eine Schablone. Allerdings ist die Auswahl an membranbildenden Substanzen zusätzlich durch die Viskosität eingeschränkt, da die membranbildende Substanz einerseits fließfähig sein muß, um eine glatte Membranoberfläche auszubilden, aber andererseits fest genug sein muß, um an der vorbestimmten Position in der Membranhalteröffnung zu verharren, bis der Aushärtungsprozeß abgeschlossen ist. Ferner darf der Membranhalter nicht auf einer Arbeitsfläche aufliegen.These alternative type of membrane training advantageously requires neither a cover still a template. However, the selection is on membrane-forming substances in addition restricted by the viscosity, since the membrane-forming substance must, on the one hand, be able to flow in order to form a smooth membrane surface, but on the other hand, it must be firm enough to be at the predetermined Position in the membrane holder opening to persist until the curing process is complete is. Furthermore, the membrane holder must not rest on a work surface.

Vorteilhafterweise kann durch genaues Dosieren der Substanzmenge eine im wesentlichen flache Membran ausgebildet werden, welche im wesentlichen keine Oberflächenstruktur aufweist. Ferner können Verschmutzungen des Membranhalter durch die membranbildende Substanz vermieden werden.advantageously, can by accurately metering the amount of substance a substantially flat membrane are formed, which is substantially no surface structure having. Furthermore, soiling can of the membrane holder can be avoided by the membrane-forming substance.

Vorzugsweise umfaßt das Verfahren das Ausbilden eines Tropfens einer flüssigen sich elastisch verfestigenden Substanz an einer Dispensierspitze, wobei der Tropfen einen Durchmesser aufweist, der größer oder gleich dem Durchmesser Du der Membranhalteröffnung an der Membranhalterunterseite (21) ist und das Anordnen des Tropfens an die Membranhalteröffnung, so daß die Membranhalteröffnung geschlossen wird.Preferably, the method comprises forming a drop of a liquid elastically solidifying substance at a dispensing tip, the drop having a diameter greater than or equal to the diameter D u of the membrane holder opening at the membrane holder bottom ( 21 ) and placing the drop on the membrane holder opening so that the membrane holder opening is closed.

Dabei ist die Dispensierspitze in hinreichender Entfernung von der zu verschließenden Membranhalteröffnung positioniert, wenn eine ausreichende Menge der flüssigen sich elastisch verfestigenden Substanz aus der Dispensierspitze ausgestoßen wird, um den Tropfen auszubilden, so daß die Substanz zunächst nicht mit dem Membranhalter in Berührung gelangt. Nachdem eine vorbestimmte Menge des flüssigen sich elastisch verfestigenden Substanz aus der Dispensierspitze ausgetreten und der Tropfen ausgebildet ist, wird die Dispensierspitze in Richtung der Membranhalteröffnung verlagert, um den Tropfen an der Membranhalteröffnung anzuordnen, so daß diese geschlossen ist. Nach dem Aushärten der flüssigen Substanz ist die elastische Membran ausgebildet.there the dispensing tip is at a sufficient distance from the occlusive Membrane holder opening positioned when a sufficient amount of the liquid itself elastically solidifying substance is expelled from the dispensing tip, to form the drop, so that the substance initially not with the membrane holder in contact arrives. After a predetermined amount of the liquid is elastically solidifying Substance leaked from the Dispensierspitze and formed the drop is, the dispensing tip is displaced in the direction of the membrane holder opening, to arrange the drop at the membrane holder opening, so that this closed is. After curing the liquid Substance is formed of the elastic membrane.

Diese alternative Art der Membranausbildung benötigt vorteilhafterweise ebenfalls weder eine Abdeckung noch eine Schablone. Weiter vorteilhafterweise besteht im Vergleich zu dem vorgehend beschriebenen Verfahren eine größere Auswahl an membranbildenden Substanzen, da die Einschränkung bezüglich der Viskosität weniger graviert ist.These alternative type of membrane training also needed advantageously neither a cover nor a template. Further advantageously There is one compared to the previously described method bigger selection on membrane-forming substances, since the restriction on the viscosity less is engraved.

Vorzugsweise ist die elastisch verfestigenden Substanz zur Ausbildung der Membran ein Polymer.Preferably is the elastically solidifying substance for forming the membrane a polymer.

Vorzugsweise ist die elastisch verfestigenden Substanz zur Ausbildung der Membran Silikon. Insbesondere können die Membranen aus einem technischen Silikon ausgebildet werden, das als Dichtungs- und Klebstoffmaterial verwendet wird.Preferably, the elastically solidifying substance for forming the membrane is silicone. In particular, the membranes can be formed of a technical silicone, as the sealing and Adhesive material is used.

Vorteilhafterweise weist diese Material besonders gute Haftung an Oberflächen auf, so daß eine sichere Verbindung mit dem Membranhalter ausgebildet werden kann. Weiter vorteilhaft liegt die Reißdehnung bei etwa 500%. Da Silikon im allgemeinen transparent ist, kann vorteilhafterweise die Qualität der im Membranhalter ausgebildeten Membran einfach beurteilt werden.advantageously, this material has particularly good adhesion to surfaces, so that one secure connection with the membrane holder can be formed. Further advantageously, the elongation at break is about 500%. There Silicone in general is transparent, can be beneficial the quality the diaphragm formed in the membrane holder can be easily judged.

Weiter vorzugsweise erfolgt die Verfestigung bzw. struktuerelle Quervernetzung des Silikons bei einer erhöhten Temperatur von vorzugsweise etwa 60°C bis etwa 120°C, weiter vorzugsweise von etwa 75°C bis etwa 105°C, insbesondere etwa 90°C.Further Preferably, the solidification or structural cross-linking takes place of the silicone at an elevated level Temperature of preferably about 60 ° C to about 120 ° C, further preferably from about 75 ° C up to about 105 ° C, in particular about 90 ° C.

Vorzugsweise umfaßt das Verfahren die Schritte:

  • – Bereitstellen einer Basis;
  • – Bereitstellen einer Durchflußkanalschicht mit zumindest einer Ausnehmung;
  • – Verbinden der Durchflußkanalschicht mit der Basis, wodurch das Durchflußelement mit dem Durchflußkanal ausgebildet wird.
Preferably, the method comprises the steps:
  • - providing a base;
  • - Providing a Durchflußkanalschicht with at least one recess;
  • - Connecting the flow channel layer to the base, whereby the flow element is formed with the flow channel.

Die Basis ist im wesentlichen ein ebenes flächiges bzw. plattenförmiges Werkstück, welches sowohl starr als auch flexibel sein kann. Insbesondere kann die Basis eine Polymerplatte, eine Metallplatte oder eine (Polymer- oder Metall-)Folie sein, wobei sich die Basis im wesentlichen parallel zu der x-y-Ebene erstreckt.The Basis is essentially a flat surface or plate-shaped workpiece, which both rigid and flexible. In particular, the Based on a polymer plate, a metal plate or a (polymer) or metal) foil, the base being substantially parallel extends to the x-y plane.

Der Begriff starr in Relation zu flexibel wird im Sinne der Erfindung dahingehend verstanden, daß der Elastizitätsmodul E und/oder der Schubmodul G des starren Körpers mindestens um den Faktor 2, bevorzugt mindestens um einen Faktor 5, Faktor 10 oder Faktor 100, und besonders bevorzugt mindestens um einen Faktor 1000 größer ist als der Elastizitätsmodul E und/oder der Schubmodul G des im Vergleich dazu flexiblen Körpers. Insbesondere gilt ein Körper als an sich starr, wenn sein Elastizitätsmodul E und/oder der Schubmodul G größer als 1 × 108 Nm–2, größer als 5 × 108 Nm–2, größer als 1 × 109 Nm–2, größer als 5 × 109 Nm–2 und insbesondere größer als 1 × 1010 Nm–2 ist. Insbesondere gilt ein Körper als an sich flexibel, wenn sein Elastizitätsmodul E und/oder der Schubmodul G kleiner als 1 × 10 Nm–2, kleiner als 5 × 106 Nm–2, kleiner als 1 × 106 Nm–2 und insbesondere kleiner als 5 × 105 Nm–2 ist.The term rigid in relation to flexible in the context of the invention is understood to mean that the modulus of elasticity E and / or the shear modulus G of the rigid body by at least a factor of 2, preferably at least a factor of 5, factor 10 or factor 100, and particularly preferred at least a factor of 1000 greater than the modulus of elasticity E and / or the shear modulus G of the flexible body in comparison. In particular, a body is considered inherently rigid if its modulus of elasticity E and / or shear modulus G is greater than 1 × 10 8 Nm -2 , greater than 5 × 10 8 Nm -2 , greater than 1 × 10 9 Nm -2 , greater than 5 × 10 9 Nm -2 and in particular greater than 1 × 10 10 Nm -2 . In particular, a body is considered flexible per se, if its modulus of elasticity E and / or the shear modulus G is less than 1 × 10 Nm -2 , less than 5 × 10 6 Nm -2 , less than 1 × 10 6 Nm -2 and in particular smaller than 5 × 10 5 Nm -2 .

Parallel zur Basis wird die Durchflußkanalschicht angeordnet, die ebenfalls ein im wesentlichen ein ebenes flächiges bzw. plattenförmiges Werkstück, insbesondere eine Folie, ist. Die Schichtdicke bzw. Stärke der Durchflußkanalschicht entlang der z-Richtung ist besonders bevorzugt kleiner als etwa 1000 μm, weiter vorzugsweise von kleiner als etwa 500 μm bzw. kleiner als etwa 250 μm bzw. kleiner als etwa 150 μm, weiter bevorzugt kleiner als etwa 100 μm bzw. kleiner als etwa 50 μm bzw. kleiner als etwa 25 μm bzw. kleiner als etwa 10 μm, und insbesondere kleiner als etwa 5 μm. Besonders bevorzugt bestehen die Durchflußkanalschicht aus einem Polymer, insbesondere einem Polyimid.Parallel at the base becomes the flow channel layer arranged, which also has a substantially flat or disc-shaped Workpiece, in particular a film, is. The layer thickness or strength of Durchflußkanalschicht along the z-direction is more preferably less than about 1000 microns, more preferably smaller as about 500 μm or less than about 250 microns or less than about 150 μm, more preferably less than about 100 microns or less than about 50 microns or less than about 25 microns or less than about 10 microns, and in particular less than about 5 microns. Particularly preferred the flow channel layer from a polymer, in particular a polyimide.

In die Durchflußkanalschicht wird zumindest eine Ausnehmung ausgebildet, welche später zumindest bereichsweise einen Durchflußkanal bildet. Die Ausnehmung kann besonders einfach durch, insbesondere rechtwinkliges, Schneiden mittels einer Klinge oder eines Laserstrahles erzeugt werden. Vorzugsweise erstreckt sich die Ausnehmung im wesentlichen, insbesondere geradlinig, entlang eine Längsrichtung L1.In the Durchflußkanalschicht at least one recess is formed, which later forms at least partially a flow channel. The recess can be particularly easily generated by, in particular rectangular, cutting by means of a blade or a laser beam. Preferably, the recess extends substantially, in particular in a straight line, along a longitudinal direction L 1 .

Durch die Verbindung der Basis mit der Durchflußkanalschicht wird dann das Durchflußelement ausgebildet, wobei die Verbindung insbesondere durch Kleben, Laminieren, Schweißen oder Vulkanisieren erfolgen kann.By the connection of the base to the flow channel layer then becomes the flow element formed, wherein the compound in particular by gluing, laminating, welding or vulcanization can take place.

Besonders vorzugsweise ist die Basis und/oder die Durchflußkanalschicht zumindest einseitig mit einem Klebemittel beschichtet und das Verbinden Basis mit der Durchflußkanalschicht erfolgt durch Kleben. Insbesondere kann das Klebemittel ein Schmelzkleber sein, wie oben beschrieben. Vorteilhafterweise ist die Verbindung durch das Klebemittel besonders einfach und zuverlässig herzustellen.Especially Preferably, the base and / or the flow channel layer is at least one-sided coated with an adhesive and bonding base with the Durchflußkanalschicht done by gluing. In particular, the adhesive may be a hot melt adhesive be as described above. Advantageously, the compound made particularly easy and reliable by the adhesive.

Vorzugsweise umfaßt das Verfahren zur Ausbildung des Durchflußelementes das Bereitstellen einer Durchflußkanalschicht und das Ausbilden zumindest eines Durchflußkanals durch materialentfernende Bearbeitung.Preferably comprises the method of forming the flow element providing a flow channel layer and forming at least one flow channel through material removal Processing.

Alternativ zu der oben beschriebenen Ausbildung des Durchflußelementes durch das Verbinden einer Basis mit einer Durchflußschicht kann das Durchflußelement einstückig ausgebildet sein. Der zumindest eine Durchflußkanal kann dann durch eine materialentfernende Bearbeitung ausgebildet werden, beispielsweise durch spanende, abrasierende und/oder erodierende Bearbeitung oder durch Ätzen, je nach Material des Durchflußelementes. Vorteilhafterweise entfällt bei dieser Alternative der Verfahrensschritt des Verbindens.As an alternative to the above-described embodiment of the flow-through element by connecting a base to a flow-through layer, the flow-through element may be formed in one piece. The at least one flow channel can then be formed by a material-removing machining, for example by machining, shaving and / or eroding machining or by etching, depending on the material of the flow element. Advantageously, eliminates in this alternative, the step of bonding.

Vorzugsweise umfaßt das Verfahren das Aufbringen eines benetzenden Füllstoffes auf den Ventilsitz, so daß die freie Oberfläche des benetzenden Füllstoffes aufgrund der Oberflächenspannung eine stetig gekrümmte Form annimmt und das anschließende Aushärten des benetzenden Füllstoffes.Preferably comprises the method of applying a wetting filler to the valve seat, so that the free surface of the wetting filler due to the surface tension a steadily curved one Takes shape and the subsequent Harden of the wetting filler.

Insbesondere kann das Durchflußelement mit zumindest einem Durchflußkanal ausgebildet werden, wobei der Durchflußkanal einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist, so daß der Durchflußkanal durch eine Membran im wesentlichen nicht vollständig geschlossen werden kann, da ein Fluid in den Eckbereichen des Durchflußkanals einen Fließweg vorfinden kann. Vorzugsweise kann der Durchflußkanal mit einem trapezförmigen Querschnitt ausgebildet werden.Especially can the flow element with at least one flow channel be formed, wherein the flow channel is a substantially has rectangular cross section, so that the flow passage through a membrane can not be completely closed substantially since a fluid in the corner regions of the flow channel find a flow path can. Preferably, the flow channel having a trapezoidal cross-section be formed.

Vorteilhafterweise rundet ein flüssiger Füllstoff, der in den Durchflußkanal dispensiert wird, aufgrund der Oberflächenspannung des Füllstoffes die Ecken ab. Die Membran liegt daher besser an der Wandung des Durchflußkanals an und verschließt den Durchflußkanal daher besser.advantageously, completes a liquid Filler, in the flow channel is dispensed due to the surface tension of the filler the corners off. The membrane is therefore better on the wall of the flow channel on and off the flow channel therefore better.

Vorzugsweise ist der benetzende Füllstoff ein UV-härtender Klebstoff und das Aushärten erfolgt durch Bestrahlung mit ultraviolettem Licht.Preferably is the wetting filler a UV-curing Adhesive and curing takes place by irradiation with ultraviolet light.

Vorzugsweise wird das Aktuationselement durch folgende Schritte ausgebildet:

  • – Bereitstellen einer Aktuationskanalschicht, mit zumindest einem Aktuationskanal als Aktuator;
  • – Verbinden der Aktuationskanalschicht mit der Membranhalteroberseite des Membranhalters, so daß die Membran zumindest bereichsweise an zumindest einem Aktuationskanal angeordnet ist.
Preferably, the actuation element is formed by the following steps:
  • - Providing a Aktuationskanalschicht, with at least one Aktuationskanal as an actuator;
  • - Connecting the Aktuationskanalschicht with the membrane holder top of the membrane holder, so that the membrane is at least partially disposed on at least one Aktuationskanal.

Weiter vorzugsweise erfolgt zusätzlich der Schritt:

  • – Verbinden einer Deckschicht mit der Aktuationskanalschicht.
Further preferably, the step additionally takes place:
  • - Connecting a cover layer with the Aktuationskanalschicht.

Die Deckschicht ist im wesentlichen ein ebenes flächiges bzw. plattenförmiges Werkstück, welches sowohl starr als auch flexibel sein kann. Insbesondere kann die Basis eine Polymerplatte oder eine Folie sein, wobei sich die Basis im wesentlichen parallel zu der x-y-Ebene erstreckt.The Covering layer is essentially a flat planar or plate-shaped workpiece, which both rigid and flexible. In particular, the Base may be a polymer plate or a film, with the base extends substantially parallel to the x-y plane.

Parallel zur Deckschicht wird die Aktuationskanalschicht angeordnet, die ebenfalls ein im wesentlichen ein ebenes flächiges bzw. plattenförmiges Werkstück, insbesondere eine Folie, ist. Die Schichtdicke bzw. Stärke der Aktuationskanalschicht entlang der z-Richtung ist besonders bevorzugt kleiner als etwa 1000 μm, weiter vorzugsweise von kleiner als etwa 500 μm bzw. kleiner als etwa 250 μm bzw. kleiner als etwa 150 μm, weiter bevorzugt kleiner als etwa 100 μm bzw. kleiner als etwa 50 μm bzw. kleiner als etwa 25 μm bzw. kleiner als etwa 10 μm, und insbesondere kleiner als etwa 5 μm. Besonders bevorzugt bestehen die Aktuationskanalschicht aus einem Polymer, insbesondere einem Polyimid.Parallel to the cover layer, the Aktuationskanalschicht is arranged, the likewise a substantially flat planar or plate-shaped workpiece, in particular a foil is. The layer thickness or strength of the Aktuationskanalschicht along the z-direction is more preferably less than about 1000 μm, more preferably less than about 500 microns or less than about 250 microns or less than about 150 μm, more preferably less than about 100 microns or less than about 50 microns or less as about 25 microns or less than about 10 microns, and in particular less than about 5 microns. Particularly preferred the Aktuationskanalschicht of a polymer, in particular a Polyimide.

In die Aktuationskanalschicht wird zumindest eine Ausnehmung ausgebildet, welche später zumindest bereichsweise einen Aktuationskanal bildet. Die Ausnehmung kann besonders einfach durch, insbesondere rechtwinkliges, Schneiden mittels einer Klinge oder eines Laserstrahles erzeugt werden. Vorzugsweise erstreckt sich die Ausnehmung im wesentlichen, insbesondere geradlinig, entlang eine Längsrichtung L2.In the Aktuationskanalschicht at least one recess is formed, which later forms at least partially an actuation channel. The recess can be particularly easily generated by, in particular rectangular, cutting by means of a blade or a laser beam. Preferably, the recess extends substantially, in particular in a straight line, along a longitudinal direction L 2 .

Durch die Verbindung der Deckschicht mit der Aktuationskanalschicht wird dann das Aktuationselement ausgebildet, wobei die Verbindung insbesondere durch Kleben, Laminieren, Schweißen oder Vulkanisieren erfolgen kann.By the connection of the cover layer with the Aktuationskanalschicht is then formed the Aktuationselement, the connection in particular by gluing, laminating, welding or vulcanization can.

Besonders vorzugsweise ist die Deckschicht und/oder die Aktuationskanalschicht zumindest einseitig mit einem Klebemittel beschichtet und das Verbinden Deckschicht mit der Aktuationskanalschicht erfolgt durch Kleben. Insbesondere kann das Klebemittel ein Schmelzkleber sein, wie oben beschrieben. Vorteilhafterweise ist die Verbindung durch das Klebemittel besonders einfach und zuverlässig herzustellen.Especially Preferably, the cover layer and / or the Aktuationskanalschicht coated on at least one side with an adhesive and bonding Cover layer with the Aktuationskanalschicht by gluing. In particular, the adhesive may be a hot melt adhesive, as above described. Advantageously, the connection is through the adhesive especially easy and reliable manufacture.

Alternativ kann das Aktuationselement einstückig ausgebildet werden, wobei der zumindest eine Aktuationskanal durch ein materialentfernendes oder materialverdrängendes Verfahren, beispielsweise Fräsen, Hobeln, oder Heißprägen, ausgebildet wird. Alternativ kann das Aktuationselement auch durch spritzgießen einstückig ausgebildet werden.alternative can the actuator element in one piece be formed, wherein the at least one Aktuationskanal by a material removal or material displacement process, for example Milling, planing, or hot stamping, formed becomes. Alternatively, the actuation element can also be formed in one piece by injection molding become.

Vorzugsweise wird der zumindest eine Durchflußkanal im wesentlichen entlang einer ersten Längsrichtung L1 erstreckend angeordnet wird und der zumindest eine Aktuationskanal im wesentlichen entlang einer zweiten Längsrichtung L2 erstreckend angeordnet wird. Dabei ist der wobei der zwischen den Längsrichtungen L1 und L2 eingeschlossene Winkel θ vorzugsweise von Null verschieden.Preferably, the at least one flow channel is substantially along a first longitudinal direction L 1 is arranged to extend and the at least one Aktuationskanal is arranged extending substantially along a second longitudinal direction L 2 . In this case, the angle θ enclosed between the longitudinal directions L1 and L2 is preferably different from zero.

Besonders vorzugsweise liegt der eingeschlossene Winkel θ zwischen etwa 15 Grad und etwa 90 Grad. Insbesondere beträgt der eingeschlossene Winkel θ etwa 90 Grad, etwa 60 Grad oder etwa 45 Grad.Especially Preferably, the included angle θ is between about 15 degrees and about 90 degrees. In particular, amounts the included angle θ approximately 90 degrees, about 60 degrees or about 45 degrees.

Vorteilhafterweise tritt eine Verlagerungen bzw. Verformung des Durchflußkanals und somit eine Verringerung des Durchflußkanalquerschnitts nur im Bereich der Membran auf. Ein Druckunterschied zwischen dem Aktuationskanal und dem Durchflußkanal führt aufgrund des großen Abstandes im Falle eines von Null verschiedenen Winkels nur zu einer geringen Verformung des Durchflußkanals.advantageously, occurs a displacement or deformation of the flow channel and thus a reduction in the Durchflußkanalquerschnitts only in the range the membrane. A pressure difference between the Aktuationskanal and the flow channel leads due of the big one Distance in the case of a non-zero angle only to one small deformation of the flow channel.

Das mikrofluidische Ventil gemäß einem AspektThe microfluidic valve according to one aspect

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein mikrofluidisches Ventil bzw. Mikroventil zur Flußsteuerung von Fluiden, umfassend:

  • – ein Aktuationselement mit zumindest einem Aktuator,
  • – ein Durchflußelement mit zumindest einem Durchflußkanal,
  • – einen Membranhalter mit einer Membranhalteroberseite, die mit dem Aktuationselement verbunden ist, einer Membranhalterunterseite, die mit dem Durchflußelement verbunden ist, zumindest einer Membranhalteröffnung und zumindest einer aktuierbaren, rückstellfähigen, insbesondere elastisch verformbaren, Membran, welche in der zumindest einen Membranhalteröffnung angeordnet ist,
wobei die zumindest eine Membran mit einer Membranunterseite mit dem Durchmesser Du zumindest bereichsweise an dem zumindest einem Durchflußkanal angeordnet ist, wobei die zumindest eine Membran mit einer Membranoberseite mit dem Durchmesser Do zumindest bereichsweise an dem zumindest einem Aktuator angeordnet ist, wobei der Durchmesser Do größer als der Durchmesser Du ist und wobei die Wandung des zumindest einen Durchflußkanals durch die zumindest eine aktuierbare Membran in einem Ventilsitz mechanisch kontaktierbar ist, so daß der zumindest eine Durchflußkanal im wesentlichen vollständig durch die Membran verschließbar ist.One aspect of the present invention relates to a microfluidic valve for flow control of fluids comprising:
  • An actuation element with at least one actuator,
  • A flow element with at least one flow channel,
  • A membrane holder having a membrane holder upper side which is connected to the actuation element, a membrane holder underside which is connected to the flow element, at least one membrane holder opening and at least one actuatable, resilient, in particular elastically deformable, membrane which is arranged in the at least one membrane holder opening,
wherein the at least one membrane with a membrane base with the diameter D u at least partially disposed on the at least one flow channel, wherein the at least one membrane with a membrane top with the diameter D o at least partially disposed on the at least one actuator, wherein the diameter D o is greater than the diameter D u and wherein the wall of the at least one flow channel through the at least one actuatable membrane in a valve seat is mechanically contacted, so that the at least one flow channel is substantially completely closed by the membrane.

Vorteilhafterweise in die Membran des Mikroventils ist rückstellfähig ausgebildet. Das heißt, daß die Membran durch Anlegen einer Kraft K durch den, insbesondere einstückigen, Aktuator entlang einer Betätigungsrichtung B von einer Ruheposition in eine Betätigungsposition überführbar ist, wobei die Membran in die Ruheposition zurückkehrt, wenn die Kraft K nicht mehr angelegt ist. Insbesondere ist die Membran im wesentlichen elastisch und nur in geringem Maße plastisch verformbar, so daß die Membran in der Betätigungspositon im wesentlichen elastisch verformt ist und aufgrund ihrer inhärenten elastischen Rückstellkraft im wesentlichen in die ursprüngliche Ruheposition zurückkehrt, wenn die verformende Kraft K nicht mehr an der Membran angelegt ist.advantageously, in the membrane of the microvalve is formed resilient. This means that the membrane by applying a force K through the, in particular one-piece, Actuator along an actuating direction B is transferable from a rest position to an actuation position, wherein the membrane returns to the rest position when the force K is not more is created. In particular, the membrane is substantially elastic and only slightly plastically deformable, so that the Membrane in the operating position is substantially elastically deformed and due to their inherent elastic Restoring force essentially in the original one Rest position returns, when the deforming force K is no longer applied to the membrane is.

Deshalb ist das Mikroventil vorteilhafterweise partikeltolerant, da ein Fremdkörper im Bereich des Ventilsitzes den Übergang der Membran von der Ruheposition in die Betätigungsposition nicht verhindern kann. Vielmehr wird die Membran durch den Fremdkörper in der Betätigungsposition entsprechend verformt. Der Durchflußkanal kann trotz des Fremdkörpers im Bereich des Ventilsitzes im wesentlichen vollständig verschlossen werden.Therefore the microvalve is advantageously particle tolerant as a foreign body in the area of the valve seat the transition Do not prevent the diaphragm from the rest position to the operating position can. Rather, the membrane is due to the foreign body in the actuation position deformed accordingly. The flow channel can despite the foreign body in the Area of the valve seat are substantially completely closed.

Der Begriff „Betätigungsrichtung” im Sinne dieser Erfindung beschreibt, eine Richtung, entlang welcher eine Kraft angelegt und ein Körper, insbesondere die Membran, verlagert bzw. verformt werden kann. Beispielsweise kann die Betätigungsrichtung B im wesentlichen senkrecht zu der Deckschicht oder dem Membranhalter des Mikroventils sein. Es ist auch möglich, daß die Betätigungsrichtung B mit der Bezugsebene, beispielsweise dem Membranhalter einen Winkel zwischen etwa 85° und etwa 60° einschließt.Of the Term "direction of actuation" in the sense This invention describes a direction along which a Power applied and a body, In particular, the membrane can be displaced or deformed. For example can the actuation direction B substantially perpendicular to the cover layer or the membrane holder be the microvalve. It is also possible that the actuating direction B with the reference plane, For example, the membrane holder an angle between about 85 ° and about 60 °.

Die Membran ist eine entlang der Betätigungsrichtung verjüngt ausgebildet, so daß die Membran vorteilhafterweise besonders zuverlässig gehalten wird, wenn die Membran durch eine Kraft K entlang der Betätigungsrichtung B beaufschlagt wird, um in die Betätigungsposition überfährt zu werden.The Membrane is one along the direction of actuation rejuvenated trained, so that the Membrane is advantageously kept particularly reliable when the Membrane acted upon by a force K along the direction of actuation B. is to be overrun in the operating position.

Der Begriff „Ruheposition”, wie er im Sinne der vorliegenden Erfindung verwendet wird, beschreibt beispielsweise den Zustand bzw. die Position eines oder mehrerer Teile bzw. Elemente des Mikroventils, insbesondere der Membran. Der Begriff „Ruheposition”, wie er im Sinne der vorliegenden Erfindung verwendet wird, beschreibt insbesondere diejenige Position der Membran, wenn das Mikroventil in unbenutztem Zustand (Zustand direkt nach der Herstellung) oder geöffnetem Zustand ist. In anderen Worten ragt die Membran in der Ruheposition nicht in den Durchflußkanal, so daß ein Fluid das Mikroventil im wesentlichen ungehindert passieren kann.The term "rest position", as used in the context of the present invention, describes, for example, the state or the position of one or more parts or elements of the microvalve, in particular the membrane. The term "rest position", as used in the context of the present invention, describes in particular that position of the membrane when the microvalve in the unused state (Zu was directly after production) or opened state. In other words, in the rest position, the membrane does not protrude into the flow channel, so that a fluid can pass through the microvalve substantially unhindered.

Der Begriff ”Betätigungsposition”, wie er im Sinne der vorliegenden Erfindung verwendet wird, beschreibt einen von dem vorgenannten Zustand bzw. der vorgenannten Position verschiedenen Zustand bzw. Position der vorgenannten Teile bzw. Elemente, insbesondere der Membran. Im Gegensatz zu der Ruheposition wird in der Betätigungsposition eine Kraft K auf einen oder mehrere Teile bzw. Elemente des Mikroventils ausgeübt. Insbesondere ist die Membran in der Betätigungsposition zumindest bereichsweise entlang der Betätigungsrichtung B verformt bzw. verlagert und ragt zumindest teilweise in den Durchflußkanal hinein. Dabei sind die Bereiche der Membran, die Nahe zur Mittelachse der Membranhalteröffnung angeordnet sind, stärker verlagert bzw. verformt, als die Bereiche der Membran, die mit dem Membranhalter kontaktieren.Of the Term "operating position", as he is used in the context of the present invention, describes a different from the aforementioned state or the aforementioned position State or position of the aforementioned parts or elements, in particular the membrane. In contrast to the rest position is in the actuation position a force K exerted on one or more parts or elements of the microvalve. Especially the diaphragm is in the actuation position at least partially deformed along the direction of actuation B. or displaced and protrudes at least partially into the flow channel. Here, the areas of the membrane, which are close to the center axis of the Membrane holder opening are arranged, shifted more or deformed, as the areas of the membrane, with the membrane holder to contact.

Der Durchflußkanal ist in der Betätigungsposition im wesentlichen, insbesondere vollständig, durch die Membran verschlossen. In anderen Worten kann ein Fluid in der Betätigungsposition nicht entlang der Fließrichtung F durch den Durchflußkanal fließen, d. h. das Mikroventil sperrt den Durchflußkanal im wesentlichen vollständig. Dabei stehen die Betätigungsrichtung B und die Fließrichtung F vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zueinander.Of the flow channel is in the operating position essentially, in particular completely, closed by the membrane. In other words, a fluid can not travel along in the actuation position the flow direction F through the flow channel flow, d. H. the microvalve substantially completely blocks the flow channel. there stand the direction of actuation B and the flow direction Preferably substantially perpendicular to each other.

Der Begriff „Betätigungsposition”, wie er im Sinne der vorliegenden Erfindung verwendet wird, beschreibt somit insbesondere eine Position gemäß der die Membran die Wandung des Durchflußkanals, insbesondere im Bereich des Ventilsitzes, mechanisch kontaktiert. Insbesondere ist ein direkter mechanischer Kontakt zwischen der Membran und dem Ventilsitz hergestellt.Of the Term "operating position", as he is used in the context of the present invention, thus describes in particular a position according to the Membrane the wall of the flow channel, especially in the area of the valve seat, mechanically contacted. In particular, it is a direct one made mechanical contact between the membrane and the valve seat.

Besonders vorzugsweise ist der Membranhalter einstückig ausgebildet. Weiter vorzugsweise umfaßt der Membranhalter des Mikroventils eine untere Membranträgerschicht, in der zumindest eine untere Membranträgeröffnung mit jeweils einer Mittelachse Mu und jeweils einem Durchmesser Du ausgebildet ist und eine obere Membranträgerschicht, in der zumindest eine obere Membranträgeröffnung mit jeweils einer Mittelachse Mo und jeweils einem Durchmesser Do ausgebildet ist, wobei die obere Membranträgerschicht mit der unteren Membranträgerschicht so verbunden ist, daß die Mittelachsen Mu und Mo im wesentlichen zusammenfallen, so daß die untere Membranträgeröffnung und die obere Membranträgeröffnung die Membranhalteröffnung ausbilden.Particularly preferably, the membrane holder is integrally formed. Further preferably, the membrane holder of the microvalve comprises a lower membrane carrier layer, in which at least one lower membrane carrier opening, each having a central axis M u and a diameter D u is formed and an upper membrane carrier layer in which at least one upper membrane carrier opening, each having a central axis M o and respectively a diameter D o is formed, wherein the upper membrane support layer is connected to the lower membrane support layer so that the central axes M u and M o substantially coincide, so that the lower membrane support opening and the upper membrane support opening form the membrane holder opening.

Vorzugsweise ist die untere Membranträgerschicht und/oder die obere Membranträgerschicht zumindest einseitig mit einem Klebemittel beschichtet und die oberen Membranträgerschicht mit der unteren Membranträgerschicht mittels des Klebemittels verklebt.Preferably is the lower membrane carrier layer and / or the upper membrane carrier layer at least one side coated with an adhesive and the top Membrane support layer with the lower membrane carrier layer glued by means of the adhesive.

Vorzugsweise ist das Klebemittel ein Schmelzkleber.Preferably the adhesive is a hot melt adhesive.

Vorzugsweise besteht die Membran aus einem Polymer und insbesondere aus einem Elastomer.Preferably the membrane consists of a polymer and in particular of a Elastomer.

Vorzugsweise besteht die Membran aus einem Silikon bzw. Silikongemisch.Preferably the membrane consists of a silicone or silicone mixture.

Vorzugsweise umfaßt das Mikroventil eine Basis und eine Durchflußkanalschicht mit zumindest einer Ausnehmung, wobei die Durchflußkanalschicht mit der Basis verbunden ist.Preferably comprises the microvalve has a base and a flow channel layer with at least a recess, wherein the flow channel layer with the base connected is.

Vorzugsweise ist das Durchflußelement mit dem zumindest einen Durchflußkanal einstückig ausgebildet.Preferably is the flow element formed integrally with the at least one flow channel.

Vorzugsweise ist der zumindest eine Durchflußkanal zumindest bereichsweise mit einem stetig gekrümmten, insbesondere einem konischen bzw. trapezförmigen bzw. halbkreisförmigen, Querschnitt ausgebildet.Preferably is the at least one flow channel at least in regions with a continuously curved, in particular a conical or trapezoidal or semi-circular, Cross section formed.

Vorzugsweise ist der Ventilsitz durch einen ausgehärteten Füllstoff zumindest bereichsweise stetig gekrümmt ausgebildet.Preferably is the valve seat by a cured filler at least partially steadily curved educated.

Vorzugsweise ist der ausgehärtete Füllstoff ein UV-härtender Klebstoff.Preferably is the cured one filler a UV-curing Adhesive.

Die Aktuation der Membran kann insbesondere pneumatisch, hydraulisch, mechanisch, elektro-magnetisch, thermo-elektrisch und/oder piezo-elektrisch erfolgen. Die mechanische Aktuation kann beispielsweise durch Stößel erfolgen, die über Kurvenscheiben gesteuert werden. Alternativ kann der Stößel auch elektromagnetisch gesteuert werden, z. B. durch eine umgebende Spule. Eine thermo-elektrische Aktuation kann durch elektrisches Aufheizen eines Fluid- oder Feststoffvolumens erfolgen, welches infolge der thermischen Ausdehnung bzw. der Volumenvergrößerung bei einer Änderung des Aggregatzustands (Verdampfung) die Membran aktuiert. Alternativ kann die Ausdehnung eines Feststoffes und die daraus resultierende Aktuation auch mittels des piezo-elektrischen Effekts erfolgen. Insbesondere kann die Aktuation der Membran auch durch eine Druckbeaufschlagung mittels eines Fluids, d. h. eines Gases oder einer Flüssigkeit, erfolgen.The actuation of the membrane can be effected in particular pneumatically, hydraulically, mechanically, electro-magnetically, thermoelectrically and / or piezoelectrically. The mechanical actuation can be, for example by plungers, which are controlled by cams. Alternatively, the plunger can also be controlled electromagnetically, for. B. by a surrounding coil. A thermoelectric actuation can be carried out by electrically heating up a fluid or solid volume, which actuates the membrane as a result of the thermal expansion or the increase in volume when the state of matter (evaporation) changes. Alternatively, the expansion of a solid and the resulting actuation can also take place by means of the piezoelectric effect. In particular, the actuation of the membrane can also be effected by pressurization by means of a fluid, ie a gas or a liquid.

Vorzugsweise umfaßt das Aktuationselement eine Aktuationskanalschicht mit zumindest einem Aktuationskanal und eine Deckschicht, wobei die Aktuationskanalschicht mit der Membranhalteroberseite des Membranhalters verbunden ist und wobei die Deckschicht mit der Aktuationskanalschicht verbunden ist.Preferably comprises the Aktuationselement an Aktuationskanalschicht with at least an actuation channel and a cover layer, wherein the Aktuationskanalschicht is connected to the membrane holder top of the membrane holder and wherein the cover layer is connected to the actuation channel layer is.

Weiter vorzugsweise sind die Deckschicht und/oder die Aktuationskanalschicht starr oder relativ zur flexiblen Membran starr ausgebildet, so daß sich die Deckschicht und/oder die Aktuationskanalschicht im wesentlichen nicht verformen, wenn der Druck im Aktuationskanal erhöht wird. Vorteilhafterweise ermöglicht ein derart ausgebildetes Aktuationselement eine verbesserte Aktuation der Membran, da nur geringe Druckverluste durch Verformung des Aktuationselementes auftreten.Further Preferably, the cover layer and / or the Aktuationskanalschicht rigid or relative to the flexible membrane rigid, so that the Cover layer and / or the Aktuationskanalschicht substantially do not deform when the pressure in the actuation channel is increased. Advantageously allows an actuation element designed in this way has an improved actuation the membrane, since only small pressure losses due to deformation of the Aktuationselementes occur.

Besonders bevorzugt kann das Aktuationselement einstückig ausgebildet sein.Especially Preferably, the actuator can be integrally formed.

Vorzugsweise ist die Deckschicht und/oder die Aktuationskanalschicht zumindest einseitig mit einem Klebemittel beschichtet und die Deckschicht mit der Aktuationskanalschicht mittels des Klebemittels verklebt.Preferably the cover layer and / or the Aktuationskanalschicht is at least coated on one side with an adhesive and the topcoat glued to the Aktuationskanalschicht by means of the adhesive.

Vorzugsweise erstreckt sich der zumindest eine Durchflußkanal im wesentlichen entlang einer ersten Längsrichtung L1 und der zumindest eine Aktuationskanal im wesentlichen entlang einer zweiten Längsrichtung L2, wobei der zwischen den Längsrichtungen L1 und L2 eingeschlossene Winkel θ von Null verschieden ist.Preferably, the at least one flow passage extends substantially along a first longitudinal direction L 1 and the at least one actuation channel extends substantially along a second longitudinal direction L 2 , the angle θ included between the longitudinal directions L1 and L2 being different from zero.

Vorteilhafterweise tritt eine Verlagerungen bzw. Verformung der Durchflußkanalwand nur im Bereich der Membran auf. Ein Druckunterschied zwischen dem Aktuationskanal und dem Durchflußkanal führt aufgrund des großen Abstandes zwischen beiden im Falle eines von Null verschiedenen Winkels zu einer geringen Verformung des Membranhalters und damit des Durchflußkanals.advantageously, occurs a displacement or deformation of the flow channel wall only in the area of the membrane. A pressure difference between the Actuation channel and the flow channel leads due to the large distance between them in the case of a nonzero angle a small deformation of the membrane holder and thus the flow channel.

Vorzugsweise umfaßt das Aktuationselement des Mikroventils zu jeder Membran einen der jeweiligen Membran zugeordneten Stößel als bevorzugten Aktuator. Vorteilhafterweise ist die Aktuierung in diesem Fall besonders einfach mechanisch durch die Verwendung von Kurvenscheiben oder elektromechanisch durch Spulen-Magnet-Systeme auszuführen.Preferably comprises the actuator element of the microvalve to each membrane one of respective diaphragm associated plunger as a preferred actuator. Advantageously, the actuation is particularly simple in this case mechanically through the use of cams or electromechanical through coil magnet systems perform.

Die mikrofluidische Pumpe gemäß einem AspektThe microfluidic pump according to one aspect

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine mikrofluidische Pumpe bzw. Mikropumpe zur Bewegung von Fluiden (d. h. Gasen und/oder Flüssigkeiten), wobei die Mikropumpe zumindest drei erfindungsgemäße Mikroventile aufweist. Insbesondere sind die zumindest drei Mikroventile wirkungsmäßig entlang des Durchflußkanals hintereinander geschaltet. Das Pumpen des Fluids erfolgt gemäß dem Prinzip der Peristaltik durch zyklisches Öffnen und Schließen der Mikroventile. Vorteilhafterweise kann die Pumprichtung durch eine Umkehr des Öffnungs- und Schließzyklus umgekehrt werden.One Aspect of the present invention relates to a microfluidic Pump or micropump for moving fluids (i.e., gases and / or Liquids), wherein the micropump at least three microvalves according to the invention having. In particular, the at least three microvalves are operatively along of the flow channel connected in series. The pumping of the fluid takes place according to the principle peristalsis by cyclic opening and closing of the Microvalves. Advantageously, the pumping direction can be reversed of the opening and closing cycle be reversed.

Vorzugsweise ist die Mikropumpe einteilig. Besonders bevorzugt ist die Mikropumpe aus Polymerfolien ausgebildet, welche miteinander verklebt bzw. laminiert sind und dadurch ein Teil bilden.Preferably the micropump is in one piece. Particularly preferred is the micropump formed from polymer films which are glued together or laminated and thereby form a part.

Das mikrofluidische System gemäß einem AspektThe microfluidic system according to one aspect

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein mikrofluidisches System, welches zumindest eine erfindungsgemäße mikrofluidische Komponente (d. h. zumindest ein erfindungsgemäßes Mikroventil und/oder zumindest eine erfindungsgemäße mikrofluidische Pumpe), zumindest einen Durchflußkanal für ein Fluid und zumindest eine Funktionskomponente, welche mit dem Fluid in dem Durchflußkanal kontaktierbar ist, umfaßt.One Aspect of the present invention relates to a microfluidic System comprising at least one microfluidic component according to the invention (i.e., at least one microvalve according to the invention and / or at least a microfluidic according to the invention Pump), at least one flow channel for a fluid and at least one Functional component, which can be contacted with the fluid in the flow channel is included.

Unter „Kontaktierten” wird im Sinne der Erfindung verstanden, daß ein mechanischer und/oder elektrischer und/oder thermischer Kontakt zwischen dem Fluid in dem Durchflußkanal und der Funktionskomponente besteht.Under "contacted" is in Meaning of the invention understood that a mechanical and / or electrical and / or thermal contact between the fluid in the flow channel and the functional component.

Vorzugsweise ist die Funktionskomponente ein Sensor zur Bestimmung von physikalischen, chemischen und/oder biologischen Eigenschaften des Fluids.Preferably is the functional component a sensor for determining physical, chemical and / or biological properties of the fluid.

Insbesondere ist dem Sensor mittels des Durchflußkanals das Fluid zuführbar, so daß der Sensor beispielsweise die Temperatur, den Druck, die Dichte, die elektrische Leitfähigkeit, die Viskosität, die Färbung, die chemische Zusammensetzung, die Art und Menge von im Fluid gelöster Substanzen und/oder Gasen und/oder im Fluid vorhandener Partikel und/oder Kolloide sowie die Anzahl im Fluid vorhandener mikrobiologischer Organismen.Especially the fluid can be supplied to the sensor by means of the flow channel, then that the Sensor, for example, the temperature, the pressure, the density, the electric conductivity, the viscosity, the coloring, the chemical composition, the type and amount of substances dissolved in the fluid and / or gases and / or particles present in the fluid and / or colloids and the number of microbiological organisms present in the fluid.

Vorzugsweise ist die Funktionskomponente eine elektronische Komponente, wobei mittels des Durchflußkanals (47) ein Fluid zur Kühlung der elektronischen Komponente bereitstellbar ist.Preferably, the functional component is an electronic component, whereby by means of the flow channel ( 47 ) a fluid for cooling the electronic component can be provided.

Weiter vorzugsweise wird der elektronischen Komponente zumindest während ihres Betriebes ein Kühlfluid zugeführt, um die in Wärme umgewandelte elektrische Verlustleistung der elektronischen Komponente von dieser abzuführen. Bei dem Kühlfluid handelt es sich vorzugsweise um eine Flüssigkeit mit einer hohen Wärmekapazität. Weiter vorzugsweise kann das Kühlfluid auch eine Flüssigkeit mit einem Siedepunkt von kleiner oder gleich 100°C, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 80°C, insbesondere kleiner oder gleich 40°C sein. Weiter bevorzugt ist ein Kühlfluid mit einer hohen Verdampfungsenthalpie bzw. -energie. Bevorzugt ist die Verdampfungsenergie größer als 350 kJ/kg, weiter bevorzugt ist die Verdampfungsenergie größer als 450 kJ/kg, größer als 800 kJ/kg, insbesondere größer als 2200 kJ/kg. Insbesondere kann das Kühlfluid Wasser oder Ethanol sein. Die Kühlung der elektronischen Komponente kann vorzugsweise durch lediglich durch Erwärmung des Kühlfluids oder durch Verdunstung bzw. Verdampfung des Kühlfluids erfolgen.Further Preferably, the electronic component is at least during its Operating a cooling fluid supplied in heat converted electrical power dissipation of the electronic component dissipate from this. In the cooling fluid it is preferably a liquid with a high heat capacity. Further Preferably, the cooling fluid also a liquid with a boiling point of less than or equal to 100 ° C, more preferably smaller or equal to 80 ° C, in particular be less than or equal to 40 ° C. Further preferred a cooling fluid with a high enthalpy of vaporization or energy. Preferably, the Evaporation energy greater than 350 kJ / kg, more preferably the evaporation energy is greater than 450 kJ / kg, greater than 800 kJ / kg, in particular greater than 2200 kJ / kg. In particular, the cooling fluid may be water or ethanol be. The cooling the electronic component can preferably by only by warming of the cooling fluid or by evaporation or evaporation of the cooling fluid.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen, beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr können einzelne Elemente und/oder Merkmale eines jeden beschriebenen Aspekts und/oder einer jeden beschriebenen Ausführungsform mit einzelnen Elementen und/oder Merkmalen der weiteren Aspekte und/oder weiteren Ausführungsformen in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden und somit weitere Aspekte und/oder Ausführungsformen gebildet werden.The The present invention is not limited to the above, by way of example embodiments limited. Rather, you can individual elements and / or features of each described aspect and / or each described embodiment with individual elements and / or features of the further aspects and / or other embodiments be combined in any way with each other and thus more Aspects and / or embodiments be formed.

Figurenbeschreibungfigure description

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft erläutert. Es zeigen:following become preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings by way of example explained. Show it:

1a–i: Querschnitte durch die Elemente, Halbzeuge und das Mikroventil in der Ruheposition entsprechend einer Ausführungsform in den einzelnen Schritten der Herstellung; 1a -I: cross sections through the elements, semi-finished products and the microvalve in the rest position according to an embodiment in the individual steps of production;

1j: einen Querschnitt durch das Mikroventil in der Betätigungsposition; 1j a cross section through the microvalve in the actuated position;

1k–l: einen Querschnitt durch einzelne Elemente des Mikroventil bei einem alternativen Verfahren zur Ausbildung der Membran; 1k Figure 1 is a cross-sectional view of individual elements of the microvalve in an alternative method of forming the membrane;

2a–g: Querschnitte durch die Elemente, Halbzeuge und das Mikroventil in der Ruheposition entsprechend einer Ausführungsform in den einzelnen Schritten der Herstellung; 2a -G: cross sections through the elements, semi-finished products and the microvalve in the rest position according to an embodiment in the individual steps of production;

2h: einen Querschnitt durch das Mikroventil in der Betätigungsposition; 2h a cross section through the microvalve in the actuated position;

3a–d: Querschnitte durch die Elemente, Halbzeuge und das Mikroventil in der Ruheposition entsprechend einer Ausführungsform in den einzelnen Schritten der Herstellung; 3a D: cross sections through the elements, semi-finished products and the microvalve in the rest position according to an embodiment in the individual steps of production;

4: einen Querschnitt durch eine Mikropumpe; 4 a cross section through a micropump;

5: eine Ausführungsform eines mikrofluidischen Systems. 5 : an embodiment of a microfluidic system.

Die 1a–i zeigen die einzelnen Schritte eines bevorzugten Herstellungsverfahrens eines Mikroventils 1. Wie in 1a gezeigt, wird in einem ersten Schritt eine untere Membranträgerschicht 3 bereitgestellt, die sich im wesentlich parallel zur x-y-Ebene erstreckt und in der zumindest eine untere Membranträgeröffnung 5 ausgebildet ist. Jede untere Membranträgeröffnung 5 hat eine Mittelachse Mu, die sich im wesentlichen parallel zur z-Richtung erstreckt, und einen Durchmesser Du. Ferner wird eine obere Membranträgerschicht 7 bereitgestellt, in der zumindest eine obere Membranträgeröffnung 9 ausgebildet ist. Jede obere Membranträgeröffnung 9 hat eine Mittelachse Mo, die sich im wesentlichen parallel zur z-Richtung erstreckt, und einen Durchmesser Do. Insbesondere ist der Durchmesser Do der oberen Membranträgerschichtöffnung 9 größer als der Durchmesser Du, vorzugsweise um einen Faktor größer als 1,5.The 1a -I show the individual steps of a preferred manufacturing process of a microvalve 1 , As in 1a is shown, in a first step, a lower membrane carrier layer 3 provided, which extends substantially parallel to the xy plane and in the at least one lower membrane carrier opening 5 is trained. Each lower membrane carrier opening 5 has a central axis M u , which extends substantially parallel to the z-direction, and a diameter D u . Further, an upper membrane carrier layer 7 provided in the at least one upper membrane carrier opening 9 is trained. Each upper membrane carrier opening 9 has a central axis M o , which extends substantially parallel to the z-direction, and a diameter D o . In particular, the diameter D o of the upper membrane carrier layer opening 9 greater than the diameter D u , preferably by a factor greater than 1.5.

Die obere und untere Membranträgerschicht 3, 7 sind vorzugsweise Polyimidsubstrate mit einer Dicke von etwa 25 μm bis etwa 50 μm. Die Oberflächen der Membranträgerschichten 3, 7 können glatt, profiliert, rauh und/oder anders strukturiert sein. Insbesondere ist die obere Membranträgerschicht 7 auf der Seite, welche der unteren Membranträgerschicht 3 zugewandt ist mit einem Klebemittel 11 beschichtet.The upper and lower membrane carrier layer 3 . 7 are preferably polyimide substrates having a thickness of about 25 microns to about 50 microns. The surfaces of the membrane carrier layers 3 . 7 can be smooth, profiled, rough and / or differently structured. In particular, the upper membrane carrier layer 7 on the side of which the lower membrane carrier layer 3 facing with an adhesive 11 coated.

Die Membranträgerschichten werden vor dem gegenseitigen Verbinden derart angeordnet, daß die Mittelachsen Mu und Mo im wesentlichen zusammenfallen und anschließend in dieser Anordnung temporär fixiert. Das temporäre Fixieren kann beispielsweise durch Passerstifte, Klemmen oder Klebestreifen erfolgen, so daß eine gegenseitige Verschiebung verhindert wird.The membrane carrier layers are arranged prior to mutual bonding such that the central axes M u and M o substantially coincide and then temporarily fixed in this arrangement. The temporary fixing can be done for example by registration pins, clamps or adhesive strips, so that mutual displacement is prevented.

Um den Membranhalter 13 auszubilden, wird die obere Membranträgerschicht 7 mit der unteren Membranträgerschicht 3 durch Kleben bzw. Laminieren verbunden. Der Klebevorgang kann das Erwärmen und Zusammenpressen der Membranträgerschichten umfassen. Wird ein Schmelzkleber als Klebemittel 11 verwendet, so müssen die Membranträgerschichten und der dazwischen angeordnete Schmelzkleber auf Temperaturen von etwa 100°C bis etwa 200°C erwärmt werden, um den Schmelzkleber zu verflüssigen und die Klebung durch die anschließende Vernetzung des Schmelzklebers durchzuführen. Nach der Ausbildung des Membranhalters 13 bilden die untere Membranträgeröffnung 5 und die obere Membranträgeröffnung 9 gemeinsam die Membranhalteröffnung 15 aus.To the membrane holder 13 form, the upper membrane carrier layer 7 with the lower membrane carrier layer 3 connected by gluing or laminating. The bonding process may include heating and compressing the membrane support layers. Will a hot melt adhesive as an adhesive 11 used, the membrane support layers and the interposed melt adhesive must be heated to temperatures of about 100 ° C to about 200 ° C to liquefy the hot melt adhesive and perform the bonding by the subsequent crosslinking of the hot melt adhesive. After the formation of the membrane holder 13 form the lower membrane carrier opening 5 and the upper membrane support opening 9 together the membrane holder opening 15 out.

Der Membranhalter 13 weist eine Membranhalteroberseite 17 auf, die ausgelegt ist, um mit einem Aktuationselement 19 verbunden zu werden, und eine Membranhalterunterseite 21, die ausgelegt ist, um mit einem Durchflußelement 23 verbunden zu werden.The membrane holder 13 has a membrane holder top 17 on, which is designed to work with an actuator element 19 to be connected, and a membrane holder base 21 that is designed to work with a flow element 23 to be connected.

Wie in 1b gezeigt, wird an der Membranhalterunterseite 21 eine Abdeckung 25 an den Membranhalter 13 angeordnet, um die Membranhalteröffnung 15 zu verschliessen. Die Abdeckung 25 ist vorzugsweise eine mit Polyvinylalkohol beschichtete Polyesterfolie. Die Abdeckung 25 ist aufgrund der wasserlöslichen Beschichtung 27 in einem späteren Schritt in einem Wasserbad von dem Membranhalter 13 kraftfrei ablösbar.As in 1b is shown at the membrane holder base 21 a cover 25 to the membrane holder 13 arranged around the membrane holder opening 15 to close. The cover 25 is preferably a polyvinyl alcohol-coated polyester film. The cover 25 is due to the water-soluble coating 27 in a later step in a water bath of the membrane holder 13 detachable force-free.

An der Membranhalteroberseite 17 wird eine Schablone 29, insbesondere eine Metallschablone, an den Membranhalter 13 angeordnet, um den Rand der Membranhalteröffnung 15 abzudecken. Deshalb hat die Schablone 29 zu jeder Membranhalteröffnung 15 jeweils eine im wesentlichen dieser kongruente Schablonenöffnung 31.At the membrane holder top 17 becomes a template 29 , in particular a metal template, to the membrane holder 13 arranged around the edge of the membrane holder opening 15 cover. That's why the template has 29 to each membrane holder opening 15 each a substantially this congruent template opening 31 ,

Anschließend wird ein flüssiges Silikongemisch 33 auf die Schablone 29 aufgebracht und mittles eines Rakels 34 in die verschlossene Membranhalteröffnung 15 eingebracht bzw. aufgerakelt. Die Membranhalteroberseite 17 wird durch die Schablone 29 während des Aufrakelns vor einer Kontamination durch das Silikongemisch 33 geschützt.Subsequently, a liquid silicone mixture 33 on the template 29 applied and with a squeegee 34 into the sealed membrane holder opening 15 introduced or scrape. The membrane holder top 17 is through the template 29 during doctoring against contamination by the silicone mixture 33 protected.

Wie in 1c gezeigt, wird die Membran 37 durch das ausgehärtete Silikongemisches 33 in der Membranhalteröffnung 15 ausgebildet. Das Aushärten erfolgt bei einer erhöhten Temperatur von etwa 90°C, um die Quervernetzen der einzelnen Silikonmoleküle zu begünstigen und die mechanische Belastbarkeit der Membran 37 zu verbessern. Die Membran 37 ist dabei flexibler bzw. elastischer als der Membranhalter. D. h. durch Wirken einer jeweils gleich großen, gleich gerichteten Kraft K wird die Membran 37 räumlich mehr verlagert bzw. verformt als der Membranhalter 13. Mit anderen Worten ist der Membranhalter 13 relativ zur Membran 37 im wesentlichen starr.As in 1c shown, the membrane becomes 37 through the cured silicone mixture 33 in the membrane holder opening 15 educated. The curing takes place at an elevated temperature of about 90 ° C in order to favor the cross-linking of the individual silicone molecules and the mechanical strength of the membrane 37 to improve. The membrane 37 is more flexible or elastic than the membrane holder. Ie. by acting in each case the same size, the same direction K force is the membrane 37 spatially displaced or deformed more than the membrane holder 13 , In other words, the membrane holder 13 relative to the membrane 37 essentially rigid.

Die Schablone 29 und die Abdeckung 25 werden nach der Ausbildung der Membran 37, wie in 1d gezeigt, wieder vom Membranhalter 13 entfernt.The template 29 and the cover 25 be after the formation of the membrane 37 , as in 1d shown again from the membrane holder 13 away.

Im nächsten Schritt wird, wie in den 1e und 1f gezeigt, ein Aktuationselement 19 mit einem Aktuator 39 an dem Membranhalter 13 angeordnet und befestigt. Das in der gezeigten Ausführungsform verwendete Aktuationselement 19 umfaßt einen Aktuationskanal 41. Der Aktuationskanal 41 wird durch Wandungen geformt, die zumindest bereichsweise durch den Membranhalter 13, einer Aktuationskanalschicht 43 und einer Deckschicht 45 gebildet werden.In the next step, as in the 1e and 1f shown an actuator element 19 with an actuator 39 on the membrane holder 13 arranged and fastened. The actuator used in the embodiment shown 19 includes an actuation channel 41 , The actuation channel 41 is formed by walls that at least partially through the membrane holder 13 , an actuation channel layer 43 and a cover layer 45 be formed.

In der Aktuationskanalschicht 43 ist ein Aktuationskanal 41 als bevorzugter Aktuator 39 ausgebildet. Die Aktuationskanalschicht 43 wird mit der Membranhalteroberseite 17 des Membranhalters 13 verklebt, so daß die Membran 37 zumindest bereichsweise an zumindest einem Aktuationskanal 41 angeordnet ist. Mit anderen Worten bildet die Membran 13 bereichsweise die Wandung des Aktuationskanals 41. Anschließend wird die Deckschicht 45 mit der Aktuationskanalschicht 43 verbunden, um den Aktuationskanal 41 im wesentlichen fluiddicht zu verschließen, mit Ausnahme zumindest eines Fluidanschlußes in der Deckschicht 45 und der Aktuationskanalschicht 43, der dazu ausgelegt ist den Aktuationskanal 41 mit einem Fluid, d. h. einer Flüssigkeit oder einem Gas, zu versorgen. Mit anderen Worten kann über den Fluidanschluß mittels des Fluids in dem Aktuationskanal 41 ein Fluiddruck aufgebaut werden.In the actuation channel layer 43 is an actuation channel 41 as a preferred actuator 39 educated. The actuation channel layer 43 comes with the membrane holder top 17 of the membrane holder 13 glued so that the membrane 37 at least partially on at least one Aktuationskanal 41 is arranged. In other words, the membrane forms 13 partially the wall of the Aktuationskanals 41 , Subsequently, the cover layer 45 with the actuation channel layer 43 connected to the actuation channel 41 substantially fluid-tight, with the exception of at least one fluid connection in the cover layer 45 and the actuation channel layer 43 which is designed for the actuation channel 41 with a fluid, ie a liquid or a gas supply. In other words, via the fluid port by means of the fluid in the Aktuationskanal 41 a fluid pressure can be built up.

Die Verbindung von Deckschicht 45, Aktuationskanalschicht 43 und Membranhalter 13 erfolgt vorzugsweise durch Kleben. Die gezeigte Deckschicht 45 und Aktuationskanalschicht 43 sind vorzugsweise einseitig mit einem Schmelzkleber beschichtet, so daß die Verbindung mittels Laminieren unter erhöhter Temperatur und erhöhtem Anpreßdruck erfolgen kann.The connection of topcoat 45 , Actuation channel layer 43 and membrane holder 13 is preferably done by gluing. The cover layer shown 45 and actuator channel layer 43 are preferably coated on one side with a hot melt adhesive, so that the connection can be carried out by means of lamination under elevated temperature and elevated contact pressure.

Wie in 1g gezeigt, wird im nächsten Schritt ein Durchflußelement 23 mit zumindest einem Durchflußkanal 47 bereit gestellt. Das Durchflußelement 23 wird durch eine Basis 49 und eine Durchflußkanalschicht 51 mit einer Ausnehmung 53 ausgebildet.As in 1g shown, in the next step, a flow element 23 with at least one flow channel 47 provided. The flow element 23 is through a base 49 and a flow channel layer 51 with a recess 53 educated.

Die Durchflußkanalschicht 51 ist eine ebene Schicht, wobei die Ausnehmung 53 bildenden Schnittflächen durch die Durchflußkanalschicht 51 vorzugsweise in einem rechten Winkel zu der Schichtebene stehen. Alternativ können die Schnittflächen auch in einem Winkel größer als 0 Grad und kleiner als 90 Grad zu der Schichtebene stehen.The flow channel layer 51 is a flat layer, with the recess 53 forming cut surfaces through the Durchflußkanalschicht 51 preferably at a right angle to the layer plane. Alternatively, the cut surfaces may also be at an angle greater than 0 degrees and less than 90 degrees to the layer plane.

Die Durchflußkanalschicht 51 wird mit der Basis 49, beispielsweise durch Kleben, verbunden und bilden dann das Durchflußelement 23. Alternativ kann die Basis 49, bei einer geeigneten Materialwahl (z. B. Trockenresist Pyralux PC-1015 von DuPont für die Basis 49 und Polyimidfolie LF-1030 ebenfalls von DuPont für die Durchflußkanalschicht 51, durch Aufwalzen auf die nicht mit (Schmelz-)Kleber beschichtete Seite der Durchflußkanalschicht 51 verbunden werden.The flow channel layer 51 will be with the base 49 , For example, by gluing, connected and then form the flow element 23 , Alternatively, the base 49 , with a suitable choice of material (eg dry resist Pyralux PC-1015 from DuPont for the base 49 and polyimide film LF-1030 also from DuPont for the flow channel layer 51 by rolling on the non-melt-coated side of the flow channel layer 51 get connected.

Die mit dem Kleber beschichtete Seite der Durchflußkanalschicht 51 ist ausgelegt mit der Membranhalterunterseite 21 verbunden zu werden. Die Wandungen der Basis 49, der Durchflußkanalschicht 51 und der Membranhalterunterseite 21 bilden nach der Verbindung zumindest bereichsweise den Durchflußkanal 47 aus. Der Bereich der Durchflußkanals 47 an dem die Membran 37 angeordnet ist wird als Ventilsitz 55 bezeichnet.The adhesive coated side of the flow channel layer 51 is designed with the membrane holder base 21 to be connected. The walls of the base 49 , the flow channel layer 51 and the membrane holder base 21 form after the connection at least partially the flow channel 47 out. The area of the flow channel 47 where the membrane 37 is arranged as a valve seat 55 designated.

Wie in 1g gezeigt, ist hat der nach dem beschriebenen Verfahren hergestellte Durchflußkanal 47 einen rechteckigen oder trapezförmigen Querschnitt. Eine Stoßkante 57 zwischen der Basis 49 und der Durchflußkanalschicht 51 ist im wesentlichen eckig ausgestaltet. Diese Ausgestaltung kann dazu führen, daß der Durchflußkanal 47 nicht vollständig verschlossen werden kann und im Bereich der Stoßkante ein Fließweg mit geringem Querschnitt verbleibt. Vorzugsweise wird die Stoßkante 57 deshalb verrundet.As in 1g has been shown produced by the described method flow channel 47 a rectangular or trapezoidal cross-section. An edge 57 between the base 49 and the flow channel layer 51 is designed essentially angular. This embodiment may result in that the flow channel 47 can not be completely closed and remains in the region of the abutting edge a flow path with a small cross-section. Preferably, the abutting edge 57 therefore rounded.

Um diese Ecke an der Stoßkante 57 zu verrunden, kann, wie in 1h gezeigt, ein die Wandung benetzender, flüssiger Füllstoff 59 aufgetragen werden. Aufgrund der Oberflächenspannung des Füllstoffes 59 nimmt die freie Oberfläche bildet eine stetig gekrümmte Form an. Nach dem Aushärten des Füllstoffes 59 ist die Ecke der Stoßkante 57 und damit die Wandung des Durchflußkanals 47 verrundet. Die dem Durchflußkanal 47 zugewandte Fläche des ausgehärteten Füllstoffes wird im folgenden als Teil der Wandung des Durchflußkanals 47 betrachtet. Die Verrundung kann entlang der gesamten Stoßkante 57 erfolgen oder nur bereichsweise, insbesondere im Bereich des späteren Ventilsitzes 55, d. h. insbesondere des Bereiches des Durchflußkanals 47, der in der Betriebsposition des Mikroventils mit der Membran mechanisch kontaktieren wird.Around this corner at the bumper 57 to round, as in 1h shown, a wall wetting, liquid filler 59 be applied. Due to the surface tension of the filler 59 The free surface takes on a steadily curved shape. After curing of the filler 59 is the corner of the bumper 57 and thus the wall of the flow channel 47 rounded. The the flow channel 47 facing surface of the cured filler is hereinafter referred to as part of the wall of the flow channel 47 considered. The rounding can be along the entire edge 57 done or only partially, especially in the area of the later valve seat 55 , ie in particular the region of the flow channel 47 which will mechanically contact the membrane in the operating position of the microvalve.

Der Füllstoff 59 kann eine bei Raumtemperatur feste und vor dem Aufbringen geschmolzene Substanz sein, die durch Abkühlen bzw. Erstarren aushärtet. Alternativ könnte der Füllstoff 59 eine in einem Lösungsmittel gelöste Substanz sein, die durch Verdunsten des Lösungsmittels aushärtet. Vorzugsweise könnte der Füllstoff 59 ein UV-härtender Klebstoff sein, wobei die Aushärtung durch eine Bestrahlung mit ultraviolettem Licht erfolgt.The filler 59 may be a solid at room temperature and molten before application, which cures by cooling or solidification. Alternatively, the filler could 59 be a dissolved in a solvent substance which cures by evaporation of the solvent. Preferably, the filler could 59 a UV-curable adhesive, wherein the curing is carried out by irradiation with ultraviolet light.

Wie in 1i gezeigt, wird nach dem Aushärten des Füllstoffes 59 das Durchflußelement 23 mit der Membranhalterunterseite 21 des Membranhalters 13 verbunden, so daß die Membran 37 zumindest bereichsweise an dem Durchflußkanal 47 angeordnet ist. Die Wandung des Durchflußkanals 47 ist dann durch die aktuierbare Membran 37 in dem Ventilsitz 55 mechanisch kontaktierbar. Das Verbinden des Durchflußkanals 47 erfolgt durch Verkleben, insbesondere mittels eines Klebemittels mit dem die Durchflußkanalschicht 51 beschichtet ist. Vorzugsweise ist die Durchflußkanalschicht 51 mit einem Schmelzkleber beschichtet, so daß das Durchflußelementes 23 mit dem Membranhalter 13 durch Laminieren verbunden werden kann.As in 1i is shown after curing of the filler 59 the flow element 23 with the membrane holder base 21 of the membrane holder 13 connected so that the membrane 37 at least partially on the flow channel 47 is arranged. The wall of the flow channel 47 is then through the actuatable membrane 37 in the valve seat 55 mechanically contactable. Connecting the flow channel 47 is done by gluing, in particular by means of an adhesive with the Durchflußkanalschicht 51 be is layered. Preferably, the flow channel layer 51 coated with a hot melt adhesive, so that the flow element 23 with the membrane holder 13 can be connected by lamination.

Die 1i zeigt das Mikroventil 1 in der Ruheposition, in welcher die Membran insbesondere nicht in den Durchflußkanal 47 hineinragt. Die Membran 37 ist durch eine Kraft K entlang der Betätigungsrichtung B auslenkbar, wobei die Betätigungsrichtung B im wesentlichen parallel zur z-Richtung verläuft. Diese Kraft K wird dadurch erzeugt, das der Aktuationskanal 41 mit einem Druck P beaufschlagt wird. Der Druck P wirkt omnidirektional und übt damit auch in Betätigungsrichtung B eine Kraft K aus, wobei der Betrag der Kraft K proportional zur der Fläche der Membran 37 ist, die mit dem Druck P beaufschlagt wird. Da der Membranhalter 13 und das Aktuationselement 19 relativ zur Membran 37 starr sind, führt der omnidirektional wirkende Druck P im wesentlichen zur einer Verformung der Membran 37 entlang der Betätigungsrichtung B.The 1i shows the microvalve 1 in the rest position, in which the membrane in particular not in the flow channel 47 protrudes. The membrane 37 is deflectable by a force K along the direction of actuation B, wherein the actuating direction B is substantially parallel to the z-direction. This force K is generated by that of the Aktuationskanal 41 with a pressure P is applied. The pressure P acts omnidirectionally and thus exerts a force K in the direction of actuation B, the magnitude of the force K being proportional to the area of the membrane 37 is, which is acted upon by the pressure P. Because the membrane holder 13 and the actuation element 19 relative to the membrane 37 are rigid, the omnidirectional pressure P leads essentially to a deformation of the membrane 37 along the direction of actuation B.

Wie in der 1i gezeigt, erstreckt sich der Durchflußkanal 47 im wesentlichen entlang einer ersten Längsrichtung L1, die insbesondere im wesentlichen parallel zur y-Richtung ist. Im wesentlichen senkrecht dazu erstreckt sich der Aktuationskanal 41 entlang einer zweiten Längsrichtung L2, die insbesondere im wesentlichen parallel zur x-Richtung ist. D. h. der zwischen den Längsrichtungen L1 und L2 eingeschlossene Winkel θ beträgt etwa 90 Grad. Dadurch wird die Fläche außerhalb der Membran 37 minimiert, in welcher der Aktuationskanal 41 und der Durchflußkanal 47 räumlich nur durch die (geringe) Schichtdicke des Membranhalter 13 beabstandet sind. Dadurch wird eine Verformung des Membranhalters und damit des Querschnitts des Aktuationskanals 41 und des Durchflußkanals 47 minimiert, welche aufgrund einer Druckdifferenz zwischen dem Aktuationskanal 41 und dem Durchflußkanal 47 entsteht. Durch diese bevorzugte Ausgestaltung kann der Membranhalter 13 und damit die Membran 37 dünner ausgebildet werden, da der Membranhalter 13 geringere mechanische Belastungen aufnehmen muß.Like in the 1i shown, the flow channel extends 47 essentially along a first longitudinal direction L 1 , which is in particular substantially parallel to the y-direction. Substantially perpendicular to this extends the Aktuationskanal 41 along a second longitudinal direction L 2 , which is in particular substantially parallel to the x-direction. Ie. the included angle θ between the longitudinal directions L1 and L2 is about 90 degrees. This will make the area outside the membrane 37 minimized, in which the Aktuationskanal 41 and the flow channel 47 spatially only by the (small) layer thickness of the membrane holder 13 are spaced. As a result, a deformation of the membrane holder and thus the cross section of the Aktuationskanals 41 and the flow channel 47 minimized, which due to a pressure difference between the Aktuationskanal 41 and the flow channel 47 arises. By this preferred embodiment, the membrane holder 13 and thus the membrane 37 be formed thinner, since the membrane holder 13 must absorb lower mechanical loads.

Alternativ können die ersten und zweiten Längsrichtung L1 und L2 auch einen beliebigen Winkel θ einschließen, wenn der Membranhalter 13 entsprechend ausgelegt wird, um sich bei den auftretenden Druckbelastungen hinreichend wenig zu verformen.Alternatively, the first and second longitudinal directions L 1 and L 2 may also include any angle θ when the membrane holder 13 is designed accordingly to deform sufficiently little in the pressure loads occurring.

Die 1j zeigt das Mikroventil 1 in der Betätigungsposition. Die Membran 37 ist durch eine Kraft K entlang der Betätigungsrichtung B entgegen der z-Richtung ausgelenkt, die aufgrund des im Aktuationskanal 41 herrschenden Drucks P auf die Membran 37 wirkt.The 1j shows the microvalve 1 in the operating position. The membrane 37 is deflected by a force K along the direction of actuation B against the z-direction, due to the in the Aktuationskanal 41 prevailing pressure P on the membrane 37 acts.

Die Membran 37 ist in der Betätigungsposition bereichsweise entlang der Betätigungsrichtung B verformt bzw. verlagert und ragt teilweise in den Durchflußkanal 47 hinein. Dabei sind die Bereiche der Membran 37, die Nahe zur Mittelachse Mo der Membranhalteröffnung 15 angeordnet sind, stärker verlagert bzw. verformt, als die Bereiche der Membran 37, die mit dem Membranhalter 13 kontaktieren.The membrane 37 is partially deformed or displaced in the actuation position along the direction of actuation B and partially protrudes into the flow channel 47 into it. The areas of the membrane are 37 which is close to the central axis M o of the membrane holder opening 15 are arranged, more displaced or deformed, than the areas of the membrane 37 that with the membrane holder 13 to contact.

Die Membran wird dabei derart verformt, daß sie die Wandung der Durchflußkanals 47 im Bereich des Ventilsitzes 55 im wesentlichen vollständig mechanisch kontaktiert. Dadurch wird der Durchflußkanal 47 im wesentlichen vollständig verschlossen. Wie in 1j gezeigt, schmiegt sich die stetig gekrümmte Fläche bzw. Oberfläche der Membran 37, die in den Durchflußkanal 47 hineinragt, im wesentlichen formkongruent an die Wandung des Durchflußkanals 47 an. Da die rückstellfähige Membran 37 bei dem Übergang von der Ruheposition in die Betätigungsposition im wesentlichen elastisch verformt wird, ist diese Verformung reversibel. Das heißt, daß die Membran wieder in die Ruheposition zurückkehrt, wenn in dem Aktuationskanal 47 kein Druck P mehr anliegt.The membrane is deformed so that it is the wall of the flow channel 47 in the area of the valve seat 55 contacted essentially completely mechanically. This will be the flow channel 47 essentially completely closed. As in 1j shown, the continuously curved surface or surface of the membrane nestles 37 entering the flow channel 47 protrudes, substantially conforming to the wall of the flow channel 47 at. Because the resilient membrane 37 is deformed substantially elastically at the transition from the rest position to the actuation position, this deformation is reversible. That is, the membrane returns to the rest position when in the actuation channel 47 no pressure P is applied.

Da der Membranhalter 13 und das Aktuationselement 19 relativ zur Membran 37 starr sind, sind der Membranhalter 13 und das Aktuationselement 19 im Vergleich zur Ruheposition im wesentlichen nicht verlagert oder verformt.Because the membrane holder 13 and the actuation element 19 relative to the membrane 37 are rigid, are the membrane holder 13 and the actuation element 19 essentially not displaced or deformed compared to the resting position.

Die 1k zeigt analog zur 1b einen Querschnitt durch den Membranhalter während der Ausbildung der Membran mittels eines alternativen Verfahrens. An den Membranhalter 13 ist, wie schon in 1b gezeigt, die ablösbare Abdeckung 25 angeordnet, um die Membranhalteröffnung 15 einseitig zu verschließen.The 1k shows analogous to 1b a cross section through the membrane holder during the formation of the membrane by means of an alternative method. To the membrane holder 13 is, as in 1b shown the removable cover 25 arranged around the membrane holder opening 15 to close one-sided.

An der Membranhalteroberseite 17 wird eine Form 65 an den Membranhalter 13 angeordnet. Die Form 65 weist zu jeder Membranhalteröffnung 15 an der Membranhalteroberseite 17 jeweils eine im wesentlichen zu dieser kongruente Aussparung 67 auf. Die Form 65 wird derart an der Membranhalteroberseite 17 angeordnet, daß sich die Aussparung 67 der Form 65 mit der Membranhalteröffnung 15 deckt. In dieser Position wird die Form 65 an den Membranhalter 13 angepreßt, so daß ein im wesentlichen fluiddichter, lösbarer mechanischer Kontakt zwischen der Form 65 und dem Membranhalter 13 besteht. Alternativ zur Aufbringung eines ausreichenden Anpreßdrucks kann zwischen an der Membranhalteroberseite 17 bzw. der Unterseite der Form 65 ein Klebemittel, insbesondere ein Klebeband, aufgetragen bzw. angeordnet werden, um ein Eindringen von Silikongemisch 33 zwischen der Membranhalteroberseite 17 und der Unterseite der Form 65 zu verhindern.At the membrane holder top 17 becomes a form 65 to the membrane holder 13 arranged. Form 65 points to each membrane holder opening 15 at the membrane holder top 17 each a substantially congruent to this recess 67 on. Form 65 becomes such on the membrane holder top 17 arranged that the recess 67 the form 65 with the membrane holder opening 15 covers. In this position the shape 65 to the membrane holder 13 pressed so that a substantially fluid-tight, releasable mechanical contact between the mold 65 and the membrane holder 13 consists. Alternatively to applying egg A sufficient contact pressure can be between at the membrane holder top 17 or the bottom of the mold 65 an adhesive, in particular an adhesive tape, are applied or arranged to prevent ingress of silicone mixture 33 between the membrane holder top 17 and the bottom of the mold 65 to prevent.

Die Form 65 besteht vorzugsweise aus Polymethylmethacrylat (PMMA) bzw. Acrylglas. Die Aussparung 67 der Form 65 ist vorzugsweise im wesentlichen kegelstumpfförmig. Ferner weist die Form 65 zumindest eine Zuleitung 69 und eine Ableitung 71 auf, welche jeweils die Aussparung 67 mit dem Äußeren der Form 65 verbinden, so daß ein Silikongemisch 33 von außen zugeführt werden und die zwischen der Form 65 und dem Membranhalter 13 eingeschlossene Luft entweichen kann. Vorzugsweise ist das Mundloch der Zuleitung 69 in der Aussparung 67 nahe der Kontaktfläche zwischen der Form 65 und dem Membranhalter 13 angeordnet. Weiter vorzugsweise ist das Mundloch der Ableitung 71 in der Aussparung 67 in einem von der Kontaktfläche zwischen der Form 65 und dem Membranhalter 13 entfernten Bereich, insbesondere der Spitze der kegelförmigen Aussparung 67, angeordnet.Form 65 is preferably made of polymethyl methacrylate (PMMA) or acrylic glass. The recess 67 the form 65 is preferably substantially frusto-conical. Furthermore, the shape 65 at least one supply line 69 and a derivative 71 on which each the recess 67 with the exterior of the form 65 connect so that a silicone mixture 33 be fed from outside and between the mold 65 and the membrane holder 13 trapped air can escape. Preferably, the mouth hole of the supply line 69 in the recess 67 near the contact surface between the mold 65 and the membrane holder 13 arranged. More preferably, the mouth hole is the drainage 71 in the recess 67 in one of the contact surface between the mold 65 and the membrane holder 13 removed area, in particular the top of the conical recess 67 arranged.

Zur Ausbildung der Membran kann ein Silikongemisch 33 durch die Zuleitung 69 in die Form 65 eingebracht werden, wobei die in der Form 65 eingeschlossene Luft durch die Ableitung 71 entweicht. Die Zufuhr des Silikongemisches 33 wird beendet, sobald Silikongemisch 33 aus der Ableitung 71 austritt.To form the membrane, a silicone mixture 33 through the supply line 69 into the mold 65 be introduced, wherein in the form 65 trapped air through the drain 71 escapes. The supply of the silicone mixture 33 will be finished as soon as silicone compound 33 from the derivative 71 exit.

Vorzugsweise erfolgt die Zufuhr des Silikongemisches in zwei Schritten. Im ersten Schritt erfolgt die Zufuhr des Silikongemisches 33 mittels einer Dispensierspitze 35, die durch die in der Kegelspitze der Aussparung 67 mündende Ableitung 71 eingeführt wird. Dabei wird die Dispensierspitze *35 vorzugsweise bis nahe an die Abdeckung 25 heran geführt, wodurch der Hohlraum zwischen der Form 65 und dem Membranhalter 13 von seinem tiefsten Punkt her mit dem Silikongemisch ausgefüllt wird. Vorteilhafterweise wird dadurch der Einschluß von Luftblasen verhindert.Preferably, the supply of the silicone mixture takes place in two steps. In the first step, the supply of the silicone mixture takes place 33 by means of a dispensing tip 35 passing through the in the apex of the recess 67 opening derivative 71 is introduced. At this time, the dispensing tip * 35 preferably becomes close to the cover 25 led, whereby the cavity between the form 65 and the membrane holder 13 from its lowest point is filled with the silicone mixture. Advantageously, this prevents the inclusion of air bubbles.

Bevor die zugeführte Menge des Silikongemisches 33 das Mundloch der Zuleitung 69 erreicht, wird die Dispensierspitze 35 aus dem Hohlraum entfernt. Während des Herausziehens der Dispensierspitze 35 wird vorzugsweise kontinuierlich dispensiert, wodurch vorteilhafterweise die Entstehung eines lokalen Unterdrucks verhindert wird, der einen Einschluß von Luftblasen bewirken könnte.Before the supplied amount of the silicone mixture 33 the mouth hole of the supply line 69 reached, the Dispensierspitze 35 removed from the cavity. While extracting the dispensing tip 35 is preferably continuously dispensed, which advantageously prevents the formation of a local negative pressure, which could cause an inclusion of air bubbles.

In einem zweiten Schritt erfolgt die Zufuhr des Silikongemisches 33 über die Zuleitung 69, wobei die Dispensierspitze 35 vorzugsweise nicht in den Hohlraum ragt, sondern lediglich bereichsweise in die Zuleitung 69 eingeführt wird. Vorzugsweise weist die Zuleitung 69 einen geringeren Durchmesser als die Ableitung 71 auf. Vorzugsweise wird die Silikongemischfließrate, d. h. die zugeführte Menge des Silikongemisches 33 pro Zeiteinheit, der Viskosität des Silikongemisches 33 derart angepaßt, daß eine im wesentliche horizontale Luft-Silikongemisch-Grenzfläche in dem Hohlraum ausgebildet wird. Diese Grenzfläche steigt während der Silikongemischzufuhr bis zur Oberkante der Aussparung 67 in der Form 65 und weiter bis in die Ableitung 71. Sobald das Silikongemisch 33 aus der Ableitung 71 austritt, wird die Zufuhr von Silikongemisch 33 beendet.In a second step, the supply of the silicone mixture takes place 33 over the supply line 69 where the dispensing tip 35 preferably does not protrude into the cavity, but only partially in the supply line 69 is introduced. Preferably, the supply line 69 a smaller diameter than the derivative 71 on. Preferably, the silicone compound flow rate, that is, the supplied amount of the silicone mixture 33 per unit time, the viscosity of the silicone mixture 33 adapted so that a substantially horizontal air-silicone mixture interface is formed in the cavity. This interface increases during the silicone compound feed to the top of the recess 67 in the shape 65 and continue to the derivation 71 , Once the silicone mix 33 from the derivative 71 exits, the supply of silicone mixture 33 completed.

Die 1l zeigt den mit der Abdeckung 25 versehenen Membranhalter 13 nach dem Erhärten des Silikongemisches und dem Entfernen der Form 65. Das Erhärten des Silikongemisches 33 zur Ausbildung der Membran 37 erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 90°C. Die durch dieses bevorzugte Verfahren ausgebildete Membran 37 ist über der Membranhalteroberseite 17 erhaben. Die weitere Ausbildung des Mikroventils kann anschließend wie zu den 1d–j beschrieben erfolgen.The 1l shows the one with the cover 25 provided membrane holder 13 after hardening of the silicone mixture and removal of the mold 65 , The hardening of the silicone mixture 33 for the formation of the membrane 37 is preferably carried out at a temperature of about 90 ° C. The membrane formed by this preferred method 37 is above the membrane holder top 17 sublime. The further development of the microvalve can then as the 1d -J described.

Die 2a–g zeigen die einzelnen Schritte eines alternativen bevorzugten Herstellungsverfahrens eines Mikroventils 1. Wie in 2a gezeigt, wird in einem ersten Schritt ein Membranhalter 13 bereitgestellt, in der zumindest eine Membranhalteröffnung 15 ausgebildet ist. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit wird im folgenden lediglich der Fall einer Membranhalteröffnung 15 betrachtet. Die Membranhalteröffnung 15 hat auf der Membranhalterunterseite 21 einen Durchmesser Du und hat auf der Membranhalteroberseite 17 einen Durchmesser Do. Insbesondere ist der Durchmesser Do größer als der Durchmesser Du, vorzugsweise um einen Faktor größer als 1,5. Mit anderen Worten ist die Membranhalteröffnung 15 konisch ausgebildet.The 2a -G show the individual steps of an alternative preferred manufacturing method of a microvalve 1 , As in 2a is shown in a first step, a membrane holder 13 provided in the at least one membrane holder opening 15 is trained. Without limiting the generality, the following is merely the case of a membrane holder opening 15 considered. The membrane holder opening 15 has on the membrane holder base 21 a diameter D u and has on the membrane holder top 17 a diameter D o . In particular, the diameter D o is greater than the diameter D u , preferably by a factor greater than 1.5. In other words, the membrane holder opening 15 conical.

Die Membranhalteroberseite 17 ist ausgelegt, um mit einem Aktuationselement 19 verbunden zu werden, und die Membranhalterunterseite 21 ist ausgelegt, um mit einem Durchflußelement 23 verbunden zu werden.The membrane holder top 17 is designed to work with an actuator element 19 to be connected, and the membrane holder base 21 is designed to work with a flow element 23 to be connected.

Wie in 2b gezeigt, wird der Membranhalter 13 auf Abstandshaltern angeordnet, damit der Membranhalter 13 nicht mit einer Seite auf einer Arbeitsfläche aufliegt. Ein flüssiges Silikongemisch 33 wird vom Rand her in die Membranhalteröffnung 15 dispensiert. Während des Materialauftrages wird die Dispenserspitze 35 bei geeignetem Abstand zum Membranhalter 13 auf einem geeigneten Weg verfahren, so daß die Membranhalteröffnung 15 vom Rand her mit dem Silikongemisch 33 verfüllt und, wie in 2c gezeigt, letztlich verschlossen wird.As in 2 B shown, the membrane holder 13 arranged on spacers, so that the membrane holder 13 does not rest with one side on a work surface. A liquid silicone mixture 33 is from the Edge forth in the membrane holder opening 15 dispensed. During the material order, the dispenser tip becomes 35 at a suitable distance to the membrane holder 13 Move on a suitable way, so that the membrane holder opening 15 from the edge with the silicone mixture 33 filled in and, as in 2c shown, ultimately closed.

Durch ein entsprechendes Dosieren der aufgetragenen Menge des Silikongemisches 33 in Abhängigkeit von der Viskosität des Silikongemisches 33 und der Verfahrgeschwindigkeit und anschließendem Aushärten des Silikongemisches 33, ist mit diesem Verfahren eine im wesentlichen ebene Membran 37 in der Membranhalteröffnung 15 herstellbar.By appropriately dosing the applied amount of the silicone mixture 33 depending on the viscosity of the silicone mixture 33 and the speed of movement and subsequent curing of the silicone mixture 33 , is a substantially planar membrane with this method 37 in the membrane holder opening 15 produced.

Die Membran 37 weist auf ihrer Membranunterseite einen Durchmesser Du entsprechend dem Durchmesser Du der Membranhalteröffnung 15 auf der Membranhalterunterseite 21 auf. Analog weist die Membran 37 auf ihrer Membranoberseite einen Durchmesser Do entsprechend dem Durchmesser Do der Membranhalteröffnung 15 auf der Membranhalteroberseite 17 auf.The membrane 37 has on its membrane underside a diameter D u corresponding to the diameter D u of the membrane holder opening 15 on the membrane holder base 21 on. Analog has the membrane 37 on its upper membrane face a diameter D o corresponding to the diameter D o of the membrane holder opening 15 on the membrane holder top 17 on.

Zur Vermeidung von Verschmutzungen des Membranhalters sind vorteilhafterweise weder eine Abdeckung 25 noch eine Schablone 29 notwendig. Die Verschmutzung wird stattdessen durch eine genaue Steuerung des Verfahrweges der Dispenserspitze 35 zuverlässig vermieden.To avoid contamination of the membrane holder are advantageously neither a cover 25 another template 29 necessary. The contamination is instead controlled by precise control of the travel path of the dispenser tip 35 reliably avoided.

Wie in den 2d und 2e gezeigt, wird anschließend ein Aktuationselement 19 mit einem Aktuator 39 an dem Membranhalter 13 angeordnet und befestigt. Das in der gezeigten Ausführungsform verwendete Aktuationselement 19 umfaßt einen elektrischen, insbesondere einen piezo-elektrischen, Aktuator 39. Der Aktuator 39 und seine elektrischen Zuleitungen 61 werden innerhalb einer Aktuationskanalschicht 43 an der Membran 37 angeordnet.As in the 2d and 2e is shown, then an actuation element 19 with an actuator 39 on the membrane holder 13 arranged and fastened. The actuator used in the embodiment shown 19 comprises an electrical, in particular a piezoelectric, actuator 39 , The actuator 39 and its electrical leads 61 be within an actuation channel layer 43 on the membrane 37 arranged.

Die Aktuationskanalschicht 43 wird mit der Membranhalteroberseite 17 des Membranhalters 13 verklebt. Anschließend wird eine Deckschicht 45 mit der Aktuationskanalschicht 43 verbunden. Die Deckschicht 45 ist vorzugsweise im wesentlichen starr, um ein Widerlager für den Aktuator 39 zu bilden.The actuation channel layer 43 comes with the membrane holder top 17 of the membrane holder 13 bonded. Subsequently, a cover layer 45 with the actuation channel layer 43 connected. The cover layer 45 is preferably substantially rigid to an abutment for the actuator 39 to build.

Die Verbindung von Deckschicht 45, Aktuationskanalschicht 43 und Membranhalter 13 erfolgt vorzugsweise durch Kleben, wie zu den 1e und 1f beschrieben.The connection of topcoat 45 , Actuation channel layer 43 and membrane holder 13 is preferably done by gluing, as to the 1e and 1f described.

Wie in 2f gezeigt, wird im nächsten Schritt ein Durchflußelementes 23 mit zumindest einem Durchflußkanal 47 bereit gestellt. Das Durchflußelement 23 ist einstückig ausgebildet, wobei der Durchflußkanal 47 durch Abtragen von Material in dem Durchflußelement 23 ausgebildet wird. Der Querschnitt des Durchflußkanals 47 ist insbesondere trapezförmig oder rinnenförmig oder kreisbogenförmig ausgebildet. Die Ecken des Durchflußkanals 47 können insbesondere schon rund ausgebildet sein, so daß eine nachträgliche Verrundung nicht notwendig ist.As in 2f is shown in the next step, a flow element 23 with at least one flow channel 47 provided. The flow element 23 is integrally formed, wherein the flow channel 47 by removing material in the flow element 23 is trained. The cross section of the flow channel 47 is in particular trapezoidal or trough-shaped or circular arc-shaped. The corners of the flow channel 47 in particular, they may already be round, so that subsequent rounding is not necessary.

Wie in 2g gezeigt, wird das Durchflußelement 23 mit der Membranhalterunterseite 21 des Membranhalters 13 verbunden, so daß die Membran 37 zumindest bereichsweise an dem Durchflußkanal 47 angeordnet ist. Die Wandung des Durchflußkanals 47 ist dann durch die aktuierbare Membran 37 in dem Ventilsitz 55 mechanisch kontaktierbar. Das Verbinden des Durchflußkanals 47 erfolgt durch Verkleben, insbesondere mittels eines Klebemittels mit dem das Durchflußelement 23 oder die Membranhalterunterseite 21 beschichtet ist. Vorzugsweise ist das Klebemittel ein Schmelzkleber, so daß das Verbinden durch Laminieren erfolgen kann.As in 2g is shown, the flow element 23 with the membrane holder base 21 of the membrane holder 13 connected so that the membrane 37 at least partially on the flow channel 47 is arranged. The wall of the flow channel 47 is then through the actuatable membrane 37 in the valve seat 55 mechanically contactable. Connecting the flow channel 47 takes place by gluing, in particular by means of an adhesive with which the flow element 23 or the membrane holder base 21 is coated. Preferably, the adhesive is a hot melt adhesive so that bonding can be accomplished by lamination.

Die 2g zeigt das Mikroventil 1 in der Ruheposition, in welcher die Membran 37 insbesondere nicht in den Durchflußkanal 47 hineinragt, wobei sich der Durchflußkanal 47 entlang der Längsrichtung L1, d. h. im wesentlichen in y-Richtung erstreckt. Die Membran 37 ist durch eine Kraft K, die von dem elektrischen Aktuator 39 aufgebracht wird, entlang der Betätigungsrichtung B, d. h. insbesondere im wesentlichen entgegen der z-Richtung, auslenkbar. Diese Kraft K kann dadurch erzeugt, werden das sich der Aktuator 39 entlang der Betätigungsrichtung B ausdehnt. Insbesondere kann der Aktuator 39 ein Piezo-Kristall sein, welches sich aufgrund des Piezo-elektrischen Effekts bei Anlegen einer Spannung der Betätigungsrichtung B ausdehnt. Alternativ könnte der Aktuator 39 eine Spule und einen Magneten umfassen, die sich gegeneinander verlagern, wenn ein Strom durch die Spule fließt, so daß die Längserstreckung des Aktuators 39 entlang der Betätigungsrichtung B vergrößert wird. Insbesondere stehen die Betätigungsrichtung B und die Längsrichtung L1 im wesentlichen senkrecht aufeinander.The 2g shows the microvalve 1 in the rest position, in which the membrane 37 especially not in the flow channel 47 protruding, wherein the flow channel 47 along the longitudinal direction L 1 , that extends substantially in the y-direction. The membrane 37 is by a force K, that of the electric actuator 39 is applied, along the operating direction B, ie in particular substantially against the z-direction, deflected. This force K can be generated by the actuator 39 along the direction of actuation B expands. In particular, the actuator 39 a piezo-crystal, which expands due to the piezo-electric effect when applying a voltage of the actuating direction B. Alternatively, the actuator could 39 a coil and a magnet which displace against each other when a current flows through the coil, so that the longitudinal extent of the actuator 39 along the actuating direction B is increased. In particular, the actuating direction B and the longitudinal direction L 1 are substantially perpendicular to each other.

Die 2h zeigt das Mikroventil 1 in der Betätigungsposition. Die Membran 37 ist durch eine Vergrößerung des Aktuators 39 mit einer Kraft K entlang der Betätigungsrichtung B beaufschlagt und ausgelenkt. Dabei wird die Membran derart verformt, daß sie die Wandung der Durchflußkanals 47 im Bereich des Ventilsitzes 55 im wesentlichen vollständig mechanisch kontaktiert und den Durchflußkanal 47 im wesentlichen vollständig verschließt. Kehrt der Aktuator 39 wieder in seine Ruheposition zurück, so kehrt auch die rückstellfähige Membran 37 in die Ruheposition in zurück. Da der Membranhalter 13 und das Aktuationselement 19 relativ zur Membran 37 starr sind, sind der Membranhalter 13 und das Aktuationselement 19 im Vergleich zur Ruheposition im wesentlichen nicht verlagert oder verformt.The 2h shows the microvalve 1 in the operating position. The membrane 37 is by a Vergrö ßerung of the actuator 39 acted upon and deflected by a force K along the direction of actuation B. The membrane is deformed so that it is the wall of the flow channel 47 in the area of the valve seat 55 contacted substantially completely mechanically and the flow channel 47 essentially completely closes. The actuator returns 39 back to its rest position, so also returns the resilient membrane 37 in the rest position in back. Because the membrane holder 13 and the actuation element 19 relative to the membrane 37 are rigid, are the membrane holder 13 and the actuation element 19 essentially not displaced or deformed compared to the resting position.

Die 3a–d zeigen die einzelnen Schritte eines weiteren alternativen bevorzugten Herstellungsverfahrens eines Mikroventils 1. Wie in 3a gezeigt, wird in einem ersten Schritt ein Membranhalter 13 bereitgestellt, welcher vorzugsweise eine einstückige Metallplatte sein kann, insbesondere eine etwa 1 mm dicke Stahlplatte. In den Membranhalter 13 wird zumindest eine Membranhalteröffnung 15 ausgebildet. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit wird im folgenden lediglich der Fall einer Membranhalteröffnung 15 betrachtet. Die Membranhalteröffnung 15 hat auf der Membranhalterunterseite 21 einen Durchmesser Du und hat auf der Membranhalteroberseite 17 einen Durchmesser Do.The 3a -D show the individual steps of a further alternative preferred production method of a microvalve 1 , As in 3a is shown in a first step, a membrane holder 13 provided, which may preferably be a one-piece metal plate, in particular an approximately 1 mm thick steel plate. In the membrane holder 13 becomes at least one membrane holder opening 15 educated. Without limiting the generality, the following is merely the case of a membrane holder opening 15 considered. The membrane holder opening 15 has on the membrane holder base 21 a diameter D u and has on the membrane holder top 17 a diameter D o .

Insbesondere ist der Durchmesser Do größer als der Durchmesser Du, vorzugsweise um einen Faktor größer als 1,5. Mit anderen Worten ist die Membranhalteröffnung 15 konisch ausgebildet, vorzugsweise mit einem Spitzenwinkel des entsprechenden Kegelstumpfes von etwa 90° bis etwa 120° Grad.In particular, the diameter D o is greater than the diameter D u , preferably by a factor greater than 1.5. In other words, the membrane holder opening 15 tapered, preferably with a point angle of the corresponding truncated cone of about 90 ° to about 120 ° degree.

Weiter vorzugsweise wird die Membranhalteröffnung 15 durch spanende Bearbeitung oder durch Bearbeitung mittels eines Laserstrahles ausgebildet. Insbesondere kann die konische Membranhalteröffnung 15 durch Bohren und anschließender Nachbearbeitung oder in einem Arbeitsgang mittels eines Senk-Bohrwerkzeugs erzeugt werden.More preferably, the membrane holder opening 15 formed by machining or by machining by means of a laser beam. In particular, the conical membrane holder opening 15 be produced by drilling and subsequent reworking or in one operation by means of a countersinking drill.

Der Membranhalter 13 wird auf einem Abstandhalter derart angeordnet, daß die Membranhalteröffnung 15 nicht durch eine Arbeitsfläche verschlossen wird. Ein flüssiges Silikongemisch 33 wird in nach unten offene Membranhalteröffnung 15 eindispensiert. Dabei wird eine zum Verschließen der Membranhalteröffnung 15 ausreichende Menge des flüssigen Silikongemisches 33 aus einer Dispensierspitze 35 ausgestoßen, wobei die Dispensierspitze in ausreichender Entfernung von der zu verschließenden Membranhalteröffnung 15 positioniert ist, so daß das flüssige Silikongemisch 33 zunächst nicht mit dem Membranhalter 13 in Berührung gelangt. Aufgrund seiner Oberflächenspannung verbleibt das flüssige Silikongemisches 33 in Form eines Tropfens zunächst an der Dispensierspitze 35.The membrane holder 13 is placed on a spacer such that the membrane holder opening 15 is not closed by a work surface. A liquid silicone mixture 33 becomes downwardly open membrane holder opening 15 eindispensiert. In this case, one for closing the membrane holder opening 15 sufficient amount of the liquid silicone mixture 33 from a dispensing tip 35 ejected, wherein the dispensing tip at a sufficient distance from the membrane holder opening to be closed 15 is positioned so that the liquid silicone mixture 33 initially not with the membrane holder 13 come into contact. Due to its surface tension, the liquid silicone mixture remains 33 in the form of a drop first at the Dispensierspitze 35 ,

Nachdem eine vorbestimmte Menge des flüssigen Silikongemisches 33 aus der Dispensierspitze 35 ausgetreten ist, wird die Dispensierspitze in Richtung der Membranhalteröffnung 15 verlagert. Dabei wird der Tropfen an der Membranhalteröffnung 15 angeordnet, so daß diese verschlossen ist. Nach dem Aushärten des flüssigen Silikongemisches 33 ist die Membran 37 ausgebildet. Um die Membran 37 mit dem Membranhalter 13 bündig abschließend auszubilden, kann entlang des Randes der Membranhalteröffnung zusätzlich flüssiges Silikongemisch 33 eindispensiert werden, wodurch die Membranhalteröffnung 15 im wesentlichen vollständig verschlossen wird.After a predetermined amount of the liquid silicone mixture 33 from the dispensing tip 35 is leaked, the Dispensierspitze is in the direction of the membrane holder opening 15 relocated. In this case, the drop at the membrane holder opening 15 arranged so that it is closed. After curing of the liquid silicone mixture 33 is the membrane 37 educated. To the membrane 37 with the membrane holder 13 Finally, in a flush design, additional liquid silicone mixture can be added along the edge of the membrane holder opening 33 be dispensed, whereby the membrane holder opening 15 is essentially completely closed.

Wie in 3b dargestellt, kann die Menge des eindispensierten Silikongemischs 33 so gering bemessen sein, daß in der Membranhalteröffnung 15 eine Menisken aufweisende Membran 37 ausgebildet wird. Die Vernetzung bzw. Aushärtung des Silikongemisches zu einer elastischen Membran erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 80°C bis 100°C.As in 3b shown, the amount of einspensierten silicone mixture 33 be dimensioned so small that in the membrane holder opening 15 a menisci-containing membrane 37 is trained. The crosslinking or curing of the silicone mixture to form an elastic membrane is preferably carried out at a temperature of about 80 ° C to 100 ° C.

Wie in 3c gezeigt, wird im nächsten Schritt ein Durchflußelementes 23 mit zumindest einem Durchflußkanal 47 bereit gestellt. Das Durchflußelement 23 ist einstückig ausgebildet, wobei der Durchflußkanal 47 durch Abtragen von Material in dem Durchflußelement 23 ausgebildet wird. Der Querschnitt des Durchflußkanals 47 ist in dieser Ausführungsform im wesentlichen rechteckig mit gerundeten Ecken ausgeführt. Alternativ kann der Querschnitt insbesondere auch trapezförmig oder rinnenförmig, jeweils mit oder ohne gerundete Ecken, oder kreisbogenförmig ausgebildet sein. Da die Ecken des Durchflußkanals 47 in dieser Ausführungsform bereits rund ausgebildet sind, ist eine nachträgliche Verrundung nicht notwendig.As in 3c is shown in the next step, a flow element 23 with at least one flow channel 47 provided. The flow element 23 is integrally formed, wherein the flow channel 47 by removing material in the flow element 23 is trained. The cross section of the flow channel 47 is executed in this embodiment is substantially rectangular with rounded corners. Alternatively, the cross section may in particular also be trapezoidal or channel-shaped, each with or without rounded corners, or circular arc-shaped. Because the corners of the flow channel 47 already round in this embodiment, a subsequent rounding is not necessary.

Wie in 3d gezeigt, wird das Durchflußelement 23 mit der Membranhalterunterseite 21 des Membranhalters 13 verbunden, so daß die Membran 37 zumindest bereichsweise an dem Durchflußkanal 47 angeordnet ist. Die Wandung des Durchflußkanals 47 ist dann durch die aktuierbare Membran 37 in dem Ventilsitz 55 mechanisch kontaktierbar. Das Verbinden des Durchflußkanals 47 erfolgt durch Verkleben, insbesondere mittels eines Klebemittels mit dem das Durchflußelement 23 oder die Membranhalterunterseite 21 beschichtet ist. Vorzugsweise ist das Klebemittel ein Schmelzkleber, so daß das Verbinden durch Laminieren erfolgen kann.As in 3d is shown, the flow element 23 with the membrane holder base 21 of the membrane holder 13 connected so that the membrane 37 at least partially on the flow channel 47 is arranged. The wall of the flow channel 47 is then through the actuatable membrane 37 in the valve seat 55 mechanically contactable. Connecting the flow channel 47 takes place by gluing, in particular by means of an adhesive with which the flow element 23 or the membrane holder base 21 be is layered. Preferably, the adhesive is a hot melt adhesive so that bonding can be accomplished by lamination.

Auf der dem Durchflußkanal 47 abgewandten Seite der Membran 37 wird in dieser Ausführungsform ein Aktuationselement 19 (nicht näher dargestellt) mit einem Stößel 39 bzw. Stempel 39 als bevorzugter Aktuator 39 an dem Membranhalter 13 angeordnet. Die 3d zeigt das Mikroventil 1 in der Ruheposition, in welcher die Membran 37 insbesondere nicht in den Durchflußkanal 47 hineinragt, wobei sich der Durchflußkanal 47 entlang der Längsrichtung L1, d. h. im wesentlichen in y-Richtung erstreckt. Der Stößel 39 kann die Membran 37 durch Aufbringen einer Kraft K entlang der Betätigungsrichtung B aktuieren, d. h. insbesondere im wesentlichen entgegen der z-Richtung auslenken. Dabei kann die Bewegung des Stößels 39 und die dadurch auf die Membran 37 aufgebrachte Kraft K durch weitere Einrichtungen des Aktuationselementes 19 mechanisch, elektro-mechanisch, hydraulisch und/oder pneumatisch geregelt bzw. gesteuert werden.On the the flow channel 47 opposite side of the membrane 37 becomes an actuation element in this embodiment 19 (not shown in detail) with a plunger 39 or stamp 39 as a preferred actuator 39 on the membrane holder 13 arranged. The 3d shows the microvalve 1 in the rest position, in which the membrane 37 especially not in the flow channel 47 protruding, wherein the flow channel 47 along the longitudinal direction L 1 , that extends substantially in the y-direction. The pestle 39 can the membrane 37 by applying a force K actuate along the direction of actuation B, ie in particular deflecting substantially counter to the z-direction. This can be the movement of the plunger 39 and thereby on the membrane 37 applied force K by other means of Aktuationselementes 19 be controlled or controlled mechanically, electro-mechanically, hydraulically and / or pneumatically.

Alternativ zum dem Stößel 39 kann der Aktuator 39 insbesondere auch ein Piezo-Kristall (wie in den 2g und 2h gezeigt) sein, welches sich aufgrund des piezo-elektrischen Effekts bei Anlegen einer Spannung der Betätigungsrichtung B ausdehnt. Alternativ könnte der Aktuator 39 eine Spule und einen Magneten umfassen, die sich gegeneinander verlagern, wenn ein Strom durch die Spule fließt, so daß die Längserstreckung des Aktuators 39 entlang der Betätigungsrichtung B vergrößert wird.Alternative to the pestle 39 can the actuator 39 in particular, a piezo-crystal (as in the 2g and 2h shown), which expands upon application of a voltage of the actuating direction B due to the piezoelectric effect. Alternatively, the actuator could 39 a coil and a magnet which displace against each other when a current flows through the coil, so that the longitudinal extent of the actuator 39 along the actuating direction B is increased.

Da die Verbindung der einzelnen Bestandteile bzw. Schichten eines Mikroventils 1 wie zu den 1 bis 3 beschrieben vorzugsweise durch Kleben oder Laminieren erfolgt, müssen die zu verbindenden Bestandteile während des Verbindungsschrittes erhöhten Temperaturen und Drücken ausgesetzt werden. Um die Bestandteile während des Klebens bzw. Laminierens zu fixieren, so daß die relative Position in x/y-Richtung im wesentlichen nicht verändert, können die einzelnen Bestandteile mit Passerlöchern versehen sein. In diese Löcher greifen entsprechende Passerstifte ein, welche entlang der z-Richtung in die Passerlöcher eingeführt werden, so daß ein relatives Verschieben zueinander verhindert wird. Die Passerstifte können insbesondere auf einer Montageplatte angeordnet sein, wobei diese Montageplatte als Widerlager beim Laminieren dienen kann.As the connection of the individual components or layers of a microvalve 1 how to the 1 to 3 described preferably by gluing or lamination, the components to be joined must be exposed to elevated temperatures and pressures during the bonding step. In order to fix the components during the bonding or lamination, so that the relative position in the x / y direction does not change substantially, the individual components may be provided with registration holes. In these holes engage corresponding registration pins, which are introduced along the z-direction in the registration holes, so that a relative displacement is prevented from each other. The registration pins can in particular be arranged on a mounting plate, wherein this mounting plate can serve as an abutment during lamination.

Die 4 zeigt einen Schnitt durch eine Mikropumpe 63 mit drei Mikroventilen 1, 1', 1'', die ausgelegt sind den Durchflußkanal 47 jeweils im Bereich der Ventilsitze 55, 55', 55'' zu verschließen. Jedes Mikroventil umfaßt einen eigenen Aktuationskanal 41, 41', 41'' zur pneumatischen Aktuierung der Membranen 37, 37', 37'' entlang der Betätigungsrichtung B. Der nötige pneumatische Druck in den Aktuationskanälen 41, 41', 41'' wird durch eine nicht gezeigt Vorrichtung bereitgestellt und gesteuert.The 4 shows a section through a micropump 63 with three microvalves 1 . 1' . 1'' which are designed the flow channel 47 each in the area of the valve seats 55 . 55 ' . 55 '' to close. Each microvalve has its own actuation channel 41 . 41 ' . 41 '' for the pneumatic actuation of the membranes 37 . 37 ' . 37 '' along the actuating direction B. The required pneumatic pressure in the Aktuationskanälen 41 . 41 ' . 41 '' is provided and controlled by a device not shown.

Um die Förderung eines Fluids in eine Fließrichtung F im wesentlichen senkrecht zur Betätigungsrichtung B zu erreichen, müssen die zumindest drei Mikroventile 1, 1', 1'' in einer geeigneten Abfolge aktuiert werden. Angenommen das Fluid soll die drei Mikroventile 1, 1', 1'' in dieser Reihenfolge durchströmen, d. h. von dem ersten Mikroventil 1 (Einlaßventil) durch das zweite Mikroventil 1' (Verdränger) zum dritten Mikroventil 1'' (Auslaßventil), so können die Mikroventile 1, 1', 1'' beispielsweise in der in Tabelle 1 gezeigten Abfolge betätigt werden. Die Abfolge der Schritte 1 bis 5 kann dabei zyklisch und unbegrenzt erfolgen. Schritt Einlaßventil 1 Verdränger 1' Auslaßventil 1'' 1 geschlossen offen offen 2 geschlossen geschlossen offen 3 offen geschlossen geschlossen 4 offen offen geschlossen 5 geschlossen offen geschlossen Tabelle 1: Eine Abfolge der Aktuierung der Mikroventile zur Fluidförderung In order to achieve the delivery of a fluid in a flow direction F substantially perpendicular to the direction of actuation B, the at least three microvalves 1 . 1' . 1'' be actuated in a suitable sequence. Suppose the fluid should be the three microvalves 1 . 1' . 1'' flow through in this order, ie from the first microvalve 1 (Inlet valve) through the second microvalve 1' (Displacer) to the third microvalve 1'' (Exhaust valve), so can the microvalves 1 . 1' . 1'' for example, in the sequence shown in Table 1 are operated. The sequence of steps 1 to 5 can be cyclic and unlimited. step intake valve 1 displacement 1' outlet valve 1'' 1 closed open open 2 closed closed open 3 open closed closed 4 open open closed 5 closed open closed Table 1: A sequence of actuation of the microvalves for fluid delivery

Die 4 zeigt die Mikropumpe 63 in einem Zustand zwischen den Schritten 3 und 4. Aufgrund dieser beispielhafte Abfolge der Mikroventilaktuierung kann das Fluid während der Schritte 1 bis 3 immer nur in Richtung des Auslaßventils 1'' aus der Mikropumpe 63 entweichen. Bevor die Membran des Verdrängers 1' wieder entlastet wird und in die Ruheposition zurückkehrt und dadurch ein Unterdruck entsteht, der das Fluid ansaugen kann, muß das Auslaßventil 1'' geschlossen und das Einlaßventil 1 geöffnet sein (Schritt 4). Während des Druckausgleichs fließt das Fluid durch das Einlaßventil 1 in Richtung des Verdrängers 1'. Nach erfolgtem Druckausgleich wird das Einlaßventil 1 geschlossen (Schritt 5). Danach werden die Schritte 1 bis 5 periodisch bzw. zyklisch wiederholt.The 4 shows the micropump 63 in a state between steps 3 and 4. Due to this exemplary sequence of microvalve actuation, during steps 1-3, the fluid may only ever be in the direction of the exhaust valve 1'' from the micropump 63 escape. Before the diaphragm of the displacer 1' is relieved again and returns to the rest position and thus creates a vacuum that can suck the fluid, the exhaust valve must 1'' closed and the inlet valve 1 be open (step 4). During pressure equalization, the fluid flows through the inlet valve 1 in the direction of the displacer 1' , After pressure equalization, the inlet valve 1 closed (step 5). Thereafter, steps 1 to 5 become periodic or repeated cyclically.

Die 5 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Ausführungsform eines mikrofluidischen Systems 73. Dieses beispielhafte mikrofluidische System 73 ist ausgelegt, eine mikrobiologische Zellkultur (nicht gezeigt) in einer Zellkulturkammer 79 mittels eines Durchflußkanals 47 mit einem Fluid zu versorgen und das Fluid zu überwachen.The 5 shows a schematic plan view of an embodiment of a microfluidic system 73 , This exemplary microfluidic system 73 is designed to be a microbiological cell culture (not shown) in a cell culture chamber 79 by means of a flow channel 47 to provide a fluid and to monitor the fluid.

Das mikrofluidische System 73 umfaßt eine erfindungsgemäße Mikropumpe 63, welche ihrerseits drei Mikroventile 1, 1' und 1'' aufweist, um das Fluid über den Durchflußkanal 47 der Zellkulturkammer 79 zuzuführen. Innerhalb des Durchflußkanals fließt das Fluid entlang der Fließrichtung F.The microfluidic system 73 comprises a micropump according to the invention 63 which in turn has three microvalves 1 . 1' and 1'' to the fluid through the flow channel 47 the cell culture chamber 79 supply. Within the flow channel, the fluid flows along the flow direction F.

Der Zellkulturkammer 79 vorgelagert bzw. stromaufwärts gelegen umfaßt der Durchflußkanal 47 einen Dialysebereich 75 und einen Gasaustauschbereich 77, um einen Stoffaustausch zwischen Fluid und dem Äußeren zu ermöglichen.The cell culture chamber 79 upstream or upstream comprises the flow channel 47 a dialysis area 75 and a gas exchange area 77 to allow a mass transfer between fluid and the exterior.

Im Anschluß an die Zellkulturkammer 79 führt der Durchflußkanal 47 zurück zur Mikropumpe 63, so daß das mikrofluidische System geschlossen ist. Um einen Austausch von Fluid zu ermöglichen, umfaßt das mikrofluidische System 73 einen Ablauf 95 und einen Zulauf 97. Der Zulauf 97 ist vorzugsweise durch ein erfindungsgemäßes Mikroventil 1''' sperrbar. Es ist aber auch möglich, daß der Zulauf 97 derart ausgebildet ist, daß die Sperrung mittels eines Ventils außerhalb des mikrofluidischen Systems 73 erfolgt. Dem Ventil 1''' im Zulauf 97 ist vorzugsweise in Zulauffließrichtung f ein Filter 81 vorgelagert, um das Eindringen von unerwünschten Partikeln in das mikrofluidische System 73 zu verhindern.Following the cell culture chamber 79 leads the flow channel 47 back to the micropump 63 so that the microfluidic system is closed. In order to enable an exchange of fluid, the microfluidic system comprises 73 a process 95 and a feed 97 , The feed 97 is preferably by a microvalve according to the invention 1''' Lockout. But it is also possible that the inlet 97 is formed such that the blocking by means of a valve outside the microfluidic system 73 he follows. The valve 1''' in the inflow 97 is preferably in the inflow direction f a filter 81 preceded by the penetration of unwanted particles into the microfluidic system 73 to prevent.

Der Ablauf 95 ist vorzugsweise ebenfalls analog zum Zulauf 97 sperrbar. In dieser Ausführungsform ist das Ventil (nicht gezeigt) in Fließrichtung f' weit (verglichen zur Entfernung des Ventils 1''') vom Durchflusskanal 47 entfernt angeordnet. Vorteilhafterweise kann dadurch das im Ablauf 95 enthaltene Fluid zum Ausgleich von Fluidschwankungen im Durchflußkanal 47 genutzt werden bzw das Volumen im Ablauf 95 als Ausgleichsvolumen zur Verfügung gestellt werden.The sequence 95 is preferably also analogous to the feed 97 Lockout. In this embodiment, the valve (not shown) is wide in the flow direction f '(compared to the removal of the valve 1''' ) from the flow channel 47 arranged away. Advantageously, this can be done in the process 95 contained fluid to compensate for fluid fluctuations in the flow channel 47 be used or the volume in the process 95 be made available as compensation volume.

Stromabwärts zur Zellkulturkammer 79 sind im Durchflußkanal 47 zum Erfassen chemischer bzw. biochemischer bzw. physikalischer Größen entsprechende Sensoren angeordnet. Im einzelnen sind dies ein pH-Sensor 83, ein Sauerstoffsensor 85, ein Glucosesensor 87, ein Laktatsensor 89, ein Drucksensor 91 sowie ein Flußratensensor 93.Downstream to the cell culture chamber 79 are in the flow channel 47 arranged to detect chemical or biochemical or physical quantities corresponding sensors. In particular, these are a pH sensor 83 , an oxygen sensor 85 , a glucose sensor 87 , a lactate sensor 89 , a pressure sensor 91 and a flow rate sensor 93 ,

Die vorliegende Erfindung ist nicht auch die obigen, beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr können einzelne Elemente und/oder Merkmale eines jeden beschriebenen Aspekts und/oder einer jeden beschriebenen Ausführungsform mit einzelnen Elementen und/oder Merkmalen der weiteren Aspekte und/oder weiteren Ausführungsformen in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden und somit weitere Aspekte und/oder Ausführungsformen gebildet werden.The The present invention is not the same as those described above by way of example Limited embodiments. Much more can individual elements and / or features of each described aspect and / or each described embodiment with individual elements and / or features of the further aspects and / or other embodiments be combined in any way with each other and thus more Aspects and / or embodiments be formed.

Insbesondere können die verschiedenen Verfahrensschritte zur Herstellung der Membran 37 ohne Einschränkung mit den verschiedenen Ausführungsformen des Membranhalters 13 (einstückig, aus Schichten hergestellt, mit konischer oder gerader Membranhalteröffnung 15) durchgeführt werden. Ferner können die verschiedenen gezeigten Ausführungsformen des Aktuationselementes 19 (einstückig, mehrteilig, mit Aktuationskanal 41, mit piezo-elektrischer Aktuation oder mit mechanischer Aktuation durch Stößel) und die verschiedenen gezeigten Ausführungsformen des Durchflußelementes 23 (einstückig, mehrteilig, mit geraden oder verrundetem oder konischen oder kreisförmigen Durchflußkanal 47) in beliebiger Kombination mit den gezeigten Ausführungsformen der Membranhalter 13 einschließlich der verschiedenen Ausgestaltungen einer Membran 37 kombiniert werden.In particular, the various process steps for the preparation of the membrane 37 without limitation, with the various embodiments of the membrane holder 13 (one-piece, made of layers, with conical or straight membrane holder opening 15 ) be performed. Furthermore, the various embodiments of the actuator shown 19 (one-piece, multi-part, with actuation channel 41 with piezoelectric actuation or with mechanical actuation by plunger) and the various embodiments of the flow element shown 23 (one-piece, multi-part, with straight or rounded or conical or circular flow channel 47 ) in any combination with the illustrated embodiments of the membrane holder 13 including the various configurations of a membrane 37 be combined.

Weiterhin können auch die einzelnen Verfahrensschritte in geänderter Reihenfolge ausgeführt werden. Insbesondere ist die Reihenfolge bezüglich der Anordnung des Durchflußelementes und des Aktuationselementes an den Membranhalter beliebig.Farther can Also, the individual process steps are executed in a changed order. In particular, the order with respect to the arrangement of the flow element and the Aktuationselementes to the membrane holder arbitrarily.

11
Mikroventilmicrovalve
33
untere Membranträgerschichtlower Membrane support layer
55
untere Membranträgeröffnunglower Membrane support opening
77
obere Membranträgerschichtupper Membrane support layer
99
obere Membranträgeröffnungupper Membrane support opening
1111
Schmelzklebermelt adhesive
1313
Membranhaltermembrane holder
1515
MembranhalteröffnungMembrane holder opening
1717
MembranhalteroberseiteMembrane halter top
1919
AktuationselementAktuationselement
2121
MembranhalterunterseiteMembrane holder bottom
2323
Durchflußelementflow element
2525
Abdeckungcover
2727
wasserlösliche Beschichtungwater-soluble coating
2929
Schablonetemplate
3131
Schablonenöffnungstencil opening
3333
Silikongemischsilicone mixture
3434
Rakeldoctor
3535
Dispenserspitzedispenser tip
3737
Membranmembrane
3939
Aktuatoractuator
4141
AktuationskanalAktuationskanal
4343
AktuationskanalschichtAktuationskanalschicht
4545
Deckschichttopcoat
4747
Durchflußkanalflow channel
4949
BasisBase
5151
DurchflußkanalschichtDurchflußkanalschicht
5353
Ausnehmungrecess
5555
Ventilsitzvalve seat
5757
Stoßkanteimpact edge
5959
benetzender Füllstoffwetting filler
6161
elektrische Zuleitungelectrical supply
6363
Mikropumpemicropump
6565
Formshape
6767
Aussparung in der Form 65 Recess in the form 65
6969
Zuleitung in der Form 65 Supply line in the form 65
7171
Ableitung in der Form 65 Derivative in the form 65
7373
mikrofluidisches Systemmicrofluidic system
7575
Dialysebereichdialysis treatment
7777
GasaustauschbereichGas exchange area
7979
ZellkulturkammerCell culture chamber
8181
Filterfilter
8383
pH-SensorpH sensor
8585
Sauerstoffsensoroxygen sensor
8787
Glucosesensorglucose sensor
8989
Laktatsensorlactate sensor
9191
Drucksensorpressure sensor
9393
FließratensensorFlow rate sensor
9595
Ablaufprocedure
9797
ZulaufIntake
BB
Betätigungsrichtungoperating direction
Do D o
Durchmesserdiameter
Du D u
Durchmesserdiameter
FF
Fließrichtungflow direction
ff
Fließrichtung im Zulauf 97 Flow direction in the inlet 97
f'f '
Fließrichtung im Ablauf 95 Flow direction in the drain 95
KK
Kraftforce
L1 L 1
erste Längsrichtungfirst longitudinal direction
L2 L 2
zweite Längsrichtungsecond longitudinal direction
Mo M o
Mittelachsecentral axis
Mu M u
Mittelachsecentral axis
PP
Druckprint

Claims (38)

Verfahren zur Herstellung einer mikrofluidischen Komponente, umfassend die Schritte: – Bereitstellen eines Membranhalters (13) mit – einer Membranhalteroberseite (17), die ausgelegt ist mit einem Aktuationselement (19) verbunden zu werden, – einer Membranhalterunterseite (21), die ausgelegt ist mit einem Durchflußelement (23) verbunden zu werden und – zumindest einer Membranhalteröffnung (15), welche an der Membranhalteroberseite (17) jeweils einen Durchmesser Do und an der Membranhalterunterseite (21) jeweils einen Durchmesser Du aufweist; – Ausbilden zumindest einer rückstellfähigen Membran (37) in der Membranhalteröffnung (15); – Bereitstellen eines Aktuationselementes (19) mit zumindest einem Aktuator (39); – Verbinden des zumindest einen Aktuationselementes (19) mit der Membranhalteroberseite (17) des Membranhalters (13), so daß die Membran (37) zumindest bereichsweise an zumindest einem Aktuator (39) angeordnet ist, so daß die Membran (37) durch den Aktuator (39) aktuierbar ist; – Bereitstellen eines Durchflußelementes (23) mit zumindest einem Durchflußkanal (47); – Verbinden des Durchflußelementes (23) mit der Membranhalterunterseite (21) des Membranhalters (3), so daß die zumindest eine Membran (37) zumindest bereichsweise an zumindest einem Durchflußkanal (47) angeordnet ist, so daß die Wandung des Durchflußkanals (47) durch die aktuierbare Membran (37) in einem Ventilsitz (55) mechanisch kontaktierbar ist.Method for the production of a microfluidic component, comprising the steps: - providing a membrane holder ( 13 ) with - a membrane holder top ( 17 ), which is designed with an actuation element ( 19 ), - a membrane holder base ( 21 ) which is designed with a flow element ( 23 ) and - at least one membrane holder opening ( 15 ), which at the membrane holder top ( 17 ) each have a diameter D o and at the membrane holder bottom side ( 21 ) each has a diameter D u ; Forming at least one resilient membrane ( 37 ) in the membrane holder opening ( 15 ); Providing an actuation element ( 19 ) with at least one actuator ( 39 ); Connecting the at least one actuation element ( 19 ) with the membrane holder top ( 17 ) of the membrane holder ( 13 ), so that the membrane ( 37 ) at least in regions on at least one actuator ( 39 ) is arranged so that the membrane ( 37 ) by the actuator ( 39 ) is actuatable; Providing a flow element ( 23 ) with at least one flow channel ( 47 ); - connecting the flow element ( 23 ) with the membrane holder underside ( 21 ) of the membrane holder ( 3 ), so that the at least one membrane ( 37 ) at least partially on at least one flow channel ( 47 ) is arranged so that the wall of the flow channel ( 47 ) through the actuatable membrane ( 37 ) in a valve seat ( 55 ) is mechanically contactable. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Durchmesser Do größer als der Durchmesser Du ist.The method of claim 1, wherein the diameter D o is greater than the diameter D u. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter umfassend die Schritte: – Bereitstellen einer unteren Membranträgerschicht (3); – Bereitstellen einer oberen Membranträgerschicht (7); – Ausbilden zumindest einer unteren Membranträgeröffnung (5) in der unteren Membranträgerschicht (3) mit jeweils einer Mittelachse Mu und jeweils einem Durchmesser Du; – Ausbilden zumindest einer oberen Membranträgeröffnung (9) in der oberen Membranträgerschicht (7) mit jeweils einer Mittelachse Mo und jeweils einem Durchmesser Do; – Verbinden der oberen Membranträgerschicht (7) mit der unteren Membranträgerschicht (3) unter Ausbildung des Membranhalters (13), so daß die Mittelachsen Mu und Mo im wesentlichen zusammenfallen, so daß die untere Membranträgeröffnung (5) und die obere Membranträgeröffnung (9) die Membranhalteröffnung (15) ausbilden.The method of claim 1 or 2, further comprising the steps of: - providing a lower membrane support layer ( 3 ); Providing an upper membrane carrier layer ( 7 ); Forming at least one lower membrane carrier opening ( 5 ) in the lower membrane carrier layer ( 3 ) each having a central axis M u and each having a diameter D u ; Forming at least one upper membrane carrier opening ( 9 ) in the upper membrane carrier layer ( 7 ) each having a central axis M o and each having a diameter D o ; Connecting the upper membrane carrier layer ( 7 ) with the lower membrane carrier layer ( 3 ) with formation of the membrane holder ( 13 ), so that the central axes M u and M o substantially coincide, so that the lower membrane carrier opening ( 5 ) and the upper membrane carrier opening ( 9 ) the membrane holder opening ( 15 ) train. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die untere Membranträgerschicht (3) und/oder die obere Membranträgerschicht (7) zumindest einseitig mit einem Klebemittel beschichtet ist und das Verbinden der oberen Membranträgerschicht (7) mit der unteren Membranträgerschicht (3) durch das Kleben erfolgt.Method according to claim 3, wherein the lower membrane carrier layer ( 3 ) and / or the upper membrane carrier layer ( 7 ) is coated on at least one side with an adhesive and bonding the upper membrane carrier layer ( 7 ) with the lower membrane carrier layer ( 3 ) by gluing. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, weiter umfassend die Schritte: – Anordnen einer Abdeckung (25) an den Membranhalter (13), um die Membranhalteröffnung (15) einseitig zu verschliessen; – Anordnen einer Schablone (29) an der unverschlossenen Seite der Membranhalteröffnung (15), wobei die Schablone (29) eine im wesentlichen zu der zumindest einen Membranhalteröffnung (15) kongruenten Schablonenöffnung (31) aufweist, so daß der Membranhalter (13) außerhalb der Membranhalteröffnung (15) im wesentlichen vollständig abgedeckt ist.Method according to one of the preceding claims, further comprising the steps: - arranging a cover ( 25 ) to the membrane holder ( 13 ) to the membrane holder opening ( 15 ) to close on one side; - arranging a template ( 29 ) on the unclosed side of the membrane holder opening ( 15 ), the template ( 29 ) substantially to the at least one membrane holder opening ( 15 ) congruent template opening ( 31 ), so that the membrane holder ( 13 ) outside the membrane holder opening ( 15 ) is substantially completely covered. Verfahren nach ein Anspruch 5, weiter umfassend den Schritt: Aufrakeln einer elastisch verfestigenden Substanz zur Ausbildung der Membran (37).The method according to claim 5, further comprising the step of: doctoring an elastically solidifying substance to form the membrane ( 37 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter umfassend die Schritte: – Anordnen einer Abdeckung (25) an den Membranhalter (13), um die Membranhalteröffnung (15) einseitig zu verschliessen; – Anordnen einer Form (65) an den Membranhalter (13), wobei die Form (65) zu jeder Membranhalteröffnung (15) an der Membranhalteroberseite (17) jeweils eine im wesentlichen zu dieser kongruente Aussparung (67) sowie jeweils zumindest eine Zu- und Ableitung (69, 71), welche die Aussparung (67) mit dem Äußeren der Form (65) verbinden, aufweist; – Zuführen einer flüssigen sich elastisch verfestigenden Substanz (33) in den durch den Membranhalter (13), die Abdeckung (25) und die Form (65) gebildeten Hohlraum; – Verfestigen der flüssigen Substanz (33) zur Ausbildung der Membran (37).Method according to one of claims 1 to 4, further comprising the steps: - arranging a cover ( 25 ) to the membrane holder ( 13 ) to the membrane holder opening ( 15 ) to close on one side; Arranging a mold ( 65 ) to the membrane holder ( 13 ), the shape ( 65 ) to each membrane holder opening ( 15 ) on the membrane holder top ( 17 ) each a substantially congruent to this recess ( 67 ) and in each case at least one inlet and outlet ( 69 . 71 ), which the recess ( 67 ) with the exterior of the form ( 65 ), has; Feeding a liquid, elastically solidifying substance ( 33 ) in the through the membrane holder ( 13 ), the cover ( 25 ) and the form ( 65 ) formed cavity; Solidifying the liquid substance ( 33 ) for forming the membrane ( 37 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Abdeckung 25 durch ein Lösungsmittel löslich und/oder durch ein Lösungsmittel im wesentlichen kraftfrei ablösbar ist.Method according to one of claims 5 to 7, wherein the cover 25 is soluble by a solvent and / or substantially force-free detachable by a solvent. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter umfassend den Schritt: Dispensieren einer flüssigen sich elastisch verfestigenden Substanz vom Rand der Membranhalteröffnung (15) zur Mitte hin, so daß die Membranhalteröffnung (15) geschlossen wird.Method according to one of claims 1 to 4, further comprising the step: dispensing a liquid elastically solidifying substance from the edge of the membrane holder opening ( 15 ) towards the center, so that the membrane holder opening ( 15 ) is closed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter umfassend die Schritte: – Ausbilden eines Tropfens einer flüssigen sich elastisch verfestigenden Substanz an einer Dispensierspitze (35), wobei der Tropfen einen Durchmesser aufweist, der größer oder gleich dem Durchmesser Du der Membranhalteröffnung (15) an der Membranhalterunterseite (21) ist; – Anordnen des Tropfens an die Membranhalteröffnung (15), so daß die Membranhalteröffnung (15) geschlossen wird.Method according to one of claims 1 to 4, further comprising the steps: - forming a drop of a liquid elastically solidifying substance on a dispensing tip ( 35 ), wherein the droplet has a diameter which is greater than or equal to the diameter D u of the membrane holder opening ( 15 ) on the membrane holder underside ( 21 ); Placing the drop on the membrane holder opening ( 15 ), so that the membrane holder opening ( 15 ) is closed. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die elastisch verfestigenden Substanz zur Ausbildung der Membran (37) ein Polymer ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the elastically solidifying substance for forming the membrane ( 37 ) is a polymer. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die elastisch verfestigenden Substanz zur Ausbildung der Membran (37) Silikon ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the elastically solidifying substance for forming the membrane ( 37 ) Silicone is. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, weiter umfassend die Schritte: – Bereitstellen einer Basis (49); – Bereitstellen einer Durchflußkanalschicht (51) mit zumindest einer Ausnehmung (53); – Verbinden der Durchflußkanalschicht (51) mit der Basis (49), wodurch das Durchflußelement (23) mit dem Durchflußkanal (47) ausgebildet wird.Method according to one of the preceding claims, further comprising the steps: - providing a base ( 49 ); Providing a flow channel layer ( 51 ) with at least one recess ( 53 ); Connecting the flow channel layer ( 51 ) with the base ( 49 ), whereby the flow element ( 23 ) with the flow channel ( 47 ) is formed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, weiter umfassend die Schritte zur Ausbildung des Durchflußelements (23): – Bereitstellen einer Durchflußkanalschicht (51) – Ausbilden zumindest eines Durchflußkanals (47) durch materialentfernende Bearbeitung.Method according to one of claims 1 to 12, further comprising the steps for the formation of the flow element ( 23 ): - providing a flow channel layer ( 51 ) - forming at least one flow channel ( 47 ) by material removal processing. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, weiter umfassend die Schritte: – Aufbringen eines benetzenden Füllstoffes (59) auf den Ventilsitz (55), so daß die freie Oberfläche des benetzenden Füllstoffes (59) aufgrund der Oberflächenspannung eine stetig gekrümmte Form annimmt; – Aushärten des benetzenden Füllstoffes (59).Method according to one of the preceding claims, further comprising the steps: - applying a wetting filler ( 59 ) on the valve seat ( 55 ), so that the free surface of the wetting filler ( 59 ) assumes a continuously curved shape due to the surface tension; Hardening of the wetting filler ( 59 ). Verfahren nach Anspruch 15, wobei der benetzende Füllstoff (59) ein UV-härtender Klebstoff ist und das Aushärten durch Bestrahlung mit ultraviolettem Licht erfolgt.Process according to claim 15, wherein the wetting filler ( 59 ) is a UV-curing adhesive and the curing is carried out by irradiation with ultraviolet light. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Aktuationselement (19) durch folgende Schritte ausgebildet wird: – Bereitstellen einer Aktuationskanalschicht (43), weiter aufweisend zumindest einen Aktuationskanal (41) als Aktuator (39); – Verbinden der Aktuationskanalschicht (43) mit der Membranhalteroberseite (17) des Membranhalters (13), so daß die Membran (37) zumindest bereichsweise an zumindest einem Aktuationskanal (41) angeordnet ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the actuation element ( 19 ) is formed by the following steps: - providing an actuation channel layer ( 43 ), further comprising at least one actuation channel ( 41 ) as an actuator ( 39 ); Connecting the actuation channel layer ( 43 ) with the membrane holder top ( 17 ) of the membrane holder ( 13 ), so that the membrane ( 37 ) at least in regions on at least one Aktuationskanal ( 41 ) is arranged. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der zumindest eine Durchflußkanal (47) im wesentlichen entlang einer ersten Längsrichtung L1 erstreckend angeordnet wird und der zumindest eine Aktuationskanal (41) im wesentlichen entlang einer zweiten Längsrichtung L2 erstreckend angeordnet wird, wobei der zwischen den Längsrichtungen L1 und L2 eingeschlossene Winkel von Null verschieden ist.Method according to claim 17, wherein the at least one flow channel ( 47 ) is arranged extending substantially along a first longitudinal direction L 1 and the at least one Aktuationskanal ( 41 ) is arranged to extend substantially along a second longitudinal direction L 2 , the angle included between the longitudinal directions L 1 and L 2 being different from zero. Mikroventil zur Flußsteuerung von Fluiden, umfassend: – ein Aktuationselement (19) mit zumindest einem Aktuator (39), – ein Durchflußelement (23) mit zumindest einem Durchflußkanal (47), – einen Membranhalter (13) mit – einer Membranhalteroberseite (17), die mit dem Aktuationselement (19) verbunden ist, – einer Membranhalterunterseite (21), die mit dem Durchflußelement (23) verbunden ist, – zumindest einer Membranhalteröffnung (15) und – zumindest einer aktuierbaren, rückstellfähigen Membran (37), welche in der zumindest einen Membranhalteröffnung (15) angeordnet ist, wobei die zumindest eine Membran (37) mit einer Membranunterseite mit dem Durchmesser Du zumindest bereichsweise an dem zumindest einem Durchflußkanal (47) angeordnet ist, wobei die zumindest eine Membran (37) mit einer Membranoberseite mit dem Durchmesser Do zumindest bereichsweise an dem zumindest einem Aktuator (47) angeordnet ist, wobei der Durchmesser Do größer als der Durchmesser Du ist und wobei die Wandung des zumindest einen Durchflußkanals (47) durch die zumindest eine aktuierbare Membran (37) in einem Ventilsitz (55) mechanisch kontaktierbar ist, so daß der zumindest eine Durchflußkanal (47) im wesentlichen vollständig durch die Membran (37) verschließbar ist.Microvalve for controlling the flow of fluids, comprising: - an actuation element ( 19 ) with at least one actuator ( 39 ), - a flow element ( 23 ) with at least one flow channel ( 47 ), - a membrane holder ( 13 ) with - a membrane holder top ( 17 ) connected to the actuation element ( 19 ), - a membrane holder base ( 21 ) connected to the flow element ( 23 ), - at least one membrane holder opening ( 15 ) and At least one actuatable resettable membrane ( 37 ), which in the at least one membrane holder opening ( 15 ), wherein the at least one membrane ( 37 ) with a membrane lower side with the diameter D u at least partially on the at least one flow channel ( 47 ), wherein the at least one membrane ( 37 ) with a membrane top surface with the diameter D o at least in regions on the at least one actuator ( 47 ), wherein the diameter D o is greater than the diameter D u and wherein the wall of the at least one flow channel ( 47 ) by the at least one actuatable membrane ( 37 ) in a valve seat ( 55 ) is mechanically contactable, so that the at least one flow channel ( 47 ) substantially completely through the membrane ( 37 ) is closable. Mikroventil nach Anspruch 19, wobei der Membranhalter (13) weiter umfaßt: – eine untere Membranträgerschicht (3), in der zumindest eine untere Membranträgeröffnung (5) mit jeweils einer Mittelachse Mu und jeweils einem Durchmesser Du ausgebildet ist und – eine obere Membranträgerschicht (7), in der zumindest eine obere Membranträgeröffnung (9) mit jeweils einer Mittelachse Mo und jeweils einem Durchmesser Do ausgebildet ist, wobei die obere Membranträgerschicht (7) mit der unteren Membranträgerschicht (3) so verbunden ist, daß die Mittelachsen Mu und Mo im wesentlichen zusammenfallen, so daß die untere Membranträgeröffnung (5) und die obere Membranträgeröffnung (9) die Membranhalteröffnung (15) ausbilden.A microvalve according to claim 19, wherein the membrane holder ( 13 ) further comprises: - a lower membrane carrier layer ( 3 ), in which at least one lower membrane carrier opening ( 5 ) is formed in each case with a central axis M u and in each case a diameter D u and - an upper membrane carrier layer ( 7 ), in which at least one upper membrane carrier opening ( 9 ) is formed in each case with a central axis M o and in each case a diameter D o , wherein the upper membrane carrier layer ( 7 ) with the lower membrane carrier layer ( 3 ) is connected so that the central axes M u and M o substantially coincide, so that the lower membrane carrier opening ( 5 ) and the upper membrane carrier opening ( 9 ) the membrane holder opening ( 15 ) train. Mikroventil nach Anspruch 20, wobei die untere Membranträgerschicht (3) und/oder die obere Membranträgerschicht (7) zumindest einseitig mit einem Klebemittel beschichtet ist und die oberen Membranträgerschicht (7) mit der unteren Membranträgerschicht (3) mittels des Klebemittels verklebt ist.A microvalve according to claim 20, wherein the lower membrane carrier layer ( 3 ) and / or the upper membrane carrier layer ( 7 ) is coated on at least one side with an adhesive and the upper membrane carrier layer ( 7 ) with the lower membrane carrier layer ( 3 ) is glued by means of the adhesive. Mikroventil nach Anspruch 21, wobei das Klebemittel ein Schmelzkleber ist.A microvalve according to claim 21, wherein the adhesive is a hot melt adhesive. Mikroventil nach einem der Ansprüche 19 bis 22, wobei die Membran (37) aus einem Polymer besteht.Microvalve according to one of claims 19 to 22, wherein the membrane ( 37 ) consists of a polymer. Mikroventil nach einem der Ansprüche 19 bis 23, wobei die Membran (37) aus einem Silikon besteht.Microvalve according to one of claims 19 to 23, wherein the membrane ( 37 ) consists of a silicone. Mikroventil nach einem der Ansprüche 19 bis 24, wobei das Durchflußelement (23) umfaßt: – eine Basis (49) und – eine Durchflußkanalschicht (51) mit zumindest einer Ausnehmung (53), wobei die Durchflußkanalschicht (51) mit der Basis (49) verbunden ist.Microvalve according to one of claims 19 to 24, wherein the flow element ( 23 ) comprises: - a base ( 49 ) and - a flow channel layer ( 51 ) with at least one recess ( 53 ), wherein the flow channel layer ( 51 ) with the base ( 49 ) connected is. Mikroventil nach einem der Ansprüche 19 bis 24, wobei das Durchflußelement (23) mit dem zumindest einen Durchflußkanal (47) einstückig ausgebildet ist.Microvalve according to one of claims 19 to 24, wherein the flow element ( 23 ) with the at least one flow channel ( 47 ) is integrally formed. Mikroventil nach einem der Ansprüche 19 bis 26, wobei der zumindest eine Durchflußkanal (47) zumindest bereichsweise mit einem stetig gekrümmten Querschnitt ausgebildet ist.Microvalve according to one of claims 19 to 26, wherein the at least one flow channel ( 47 ) is formed at least partially with a continuously curved cross-section. Mikroventil nach einem der Ansprüche 19 bis 27, wobei der Ventilsitz (55) durch einen ausgehärteten Füllstoff (59) zumindest bereichsweise stetig gekrümmt ausgebildet ist.Microvalve according to one of claims 19 to 27, wherein the valve seat ( 55 ) by a cured filler ( 59 ) is at least partially formed continuously curved. Mikroventil nach Anspruch 28, wobei der ausgehärtete Füllstoff (59) ein UV-härtender Klebstoff ist.A microvalve according to claim 28, wherein the cured filler ( 59 ) is a UV-curing adhesive. Mikroventil nach einem der Ansprüche 19 bis 29, wobei das Aktuationselement (19) weiter umfaßt: – eine Aktuationskanalschicht (43) mit zumindest einem Aktuationskanal (41) und – eine Deckschicht (45), wobei die Aktuationskanalschicht (43) mit der Membranhalteroberseite (17) des Membranhalters (13) verbunden ist und wobei die Deckschicht (45) mit der Aktuationskanalschicht (43) verbunden ist.Microvalve according to one of claims 19 to 29, wherein the actuation element ( 19 ) further comprises: - an actuation channel layer ( 43 ) with at least one actuation channel ( 41 ) and - a cover layer ( 45 ), wherein the actuation channel layer ( 43 ) with the membrane holder top ( 17 ) of the membrane holder ( 13 ) and wherein the cover layer ( 45 ) with the actuation channel layer ( 43 ) connected is. Mikroventil nach Anspruche 30, wobei die Deckschicht (45) und/oder die Aktuationskanalschicht (43) zumindest einseitig mit einem Klebemittel beschichtet ist und die Deckschicht (45) mit der Aktuationskanalschicht (43) mittels des Klebemittels verklebt ist.A microvalve according to claim 30, wherein the cover layer ( 45 ) and / or the actuation channel layer ( 43 ) is coated on at least one side with an adhesive and the cover layer ( 45 ) with the actuation channel layer ( 43 ) is glued by means of the adhesive. Mikroventil nach Anspruche 30 oder 31, wobei sich der zumindest eine Durchflußkanal (47) im wesentlichen entlang einer ersten Längsrichtung L1 erstreckt und sich der zumindest eine Aktuationskanal (41) im wesentlichen entlang einer zweiten Längsrichtung L2 erstreckt, wobei der zwischen den Längsrichtungen L1 und L2 eingeschlossene Winkel θ von Null verschieden ist.A microvalve according to claim 30 or 31, wherein the at least one flow channel ( 47 ) extends substantially along a first longitudinal direction L 1 and the at least one actuation channel ( 41 ) extends substantially along a second longitudinal direction L 2 , wherein the included between the longitudinal directions L1 and L2 angle θ is different from zero. Mikroventil nach einem der Ansprüche 19 bis 29, wobei das Aktuationselement (19) zu jeder Membran (37) einen der jeweiligen Membran (37) zugeordneten Stößel (39) umfaßt.Microvalve according to one of claims 19 to 29, wherein the actuation element ( 19 ) to each membrane ( 37 ) one of the respective membrane ( 37 ) associated plunger ( 39 ). Mikrofluidische Pumpe zur Bewegung von Fluiden, die zumindest drei Mikroventile (1) nach einem der Ansprüche 19 bis 33 aufweist.Microfluidic pump for moving fluids containing at least three microvalves ( 1 ) according to any one of claims 19 to 33. Mikrofluidische Pumpe nach Anspruch 34, wobei die mikrofluidische Pumpe (63) einteilig ist.Microfluidic pump according to claim 34, wherein the microfluidic pump ( 63 ) is one-piece. Mikrofluidisches System, umfassend: – zumindest ein Mikroventil (1) nach einem der Ansprüche 19 bis 33 und/oder zumindest eine Mikrofluidische Pumpe (63) nach Anspruch 34 oder 35, – zumindest einen Durchflußkanal (47) für ein Fluid, – zumindest eine Funktionskomponente, welche mit dem Fluid in dem Durchflußkanal (47) kontaktierbar ist.Microfluidic system comprising: - at least one microvalve ( 1 ) according to one of claims 19 to 33 and / or at least one microfluidic pump ( 63 ) according to claim 34 or 35, - at least one flow channel ( 47 ) for a fluid, - at least one functional component associated with the fluid in the flow channel ( 47 ) is contactable. Mikrofluidisches System nach Anspruch 36, wobei die Funktionskomponente ein Sensor zur Bestimmung von physikalischen, chemischen und/oder biologischen Eigenschaften des Fluids ist.The microfluidic system of claim 36, wherein the functional component is a sensor for determining physical, chemical and / or biological properties of the fluid. Mikrofluidisches System nach Anspruch 36, wobei die Funktionskomponente eine elektronische Komponente ist, wobei mittels des Durchflußkanals (47) ein Fluid zur Kühlung der elektronischen Komponente bereitstellbar ist.The microfluidic system of claim 36, wherein the functional component is an electronic component, wherein by means of the flow channel (FIG. 47 ) a fluid for cooling the electronic component can be provided.
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