CN104275126B - 微流体配给单元和用于生物材料的测试单元 - Google Patents

Abstract

一种包括用于容纳生物材料的测试容器(10)的微流体配给单元，其中，所述生物材料需要氧气。所述测试单元包括容纳水的至少一个第一容器(26)和容纳药理物质的至少一个第二容器(28)，其中，第一容器(26)和第二容器(28)具有通向所述测试容器(10)的容器出口(38、40)并且被安装在包括控制通道的公共阀载板(18)上，所述载板包括控制通道端口，该控制通道端口用于耦接至该控制通道端口的控制阀(88‑92、102‑104、122)。对于每个容器(26‑28)，在阀载板18中形成被隔膜(20)密封的独立阀控制室(114‑116)，其中，由隔膜移动来打开并且关闭关联容器出口(38、40)。

Description

微流体配给单元和用于生物材料的测试单元

技术领域

本发明通常涉及微流体配给单元和用于生物材料的测试单元。

背景技术

术语“生物材料”是指单细胞或者多细胞活的生物体，特别是微生物，其生活在具有氧含量的水相环境中。这样的生物体越来越多地被用于在测试单元中检查药理物质在活的生物体上的效果。这样的测试替代在哺乳类动物上的测试。

然而，特别是漂浮在水中的微生物需要恒定最小水流量，以粘至测试容器壁并继续前进。测试容器最好有几个立方毫米的尺寸，从而流体的流率的大小和流速以及待测试药理物质的精确剂量添加都是个问题。

本发明创建用于这样测试单元的简化的微流体配给单元及测试单元自身。

根据本发明的微流体配给单元包括容纳水的至少一个第一容器和容纳药理物质的至少一个第二容器。第一和第二容器具有容器出口，该容器出口通向测试容器并且被安装在包括控制通道的通用阀载板。阀载板包括控制通道端口，控制通道端口用于将被耦接至控制通道端口的控制阀，其中，对于每个容器，在阀载板中形成被隔膜密封的独立阀控制室。由隔膜移动来打开并且关闭关联容器出口。

优选地，设置接收回收液体的至少一个第三容器，所述至少一个第三容器安装在所述阀载板上，并且，所述阀载板包括被隔膜密封由控制阀可致动的独立阀控制室以用于所述至少一个第三容器，并且其中，由隔膜移动来打开或者关闭第三容器的出口。

在现有技术中，昂贵的各个单元通过软软管连接或者管道连接彼此耦接，为此目的本发明提供明显简化的结构，其中，至少第一容器、第二容器和第三容器安装在通用阀载板上。在此阀载板中，以简单的方式设计阀，因为对于每个容器形成独立气压可致动阀控制室。该阀控制室能够容易地通过钻或者铣出或者在阀载板的注射或者注塑成型期间被制造。关闭阀控制室的膜用作打开或者关闭关联容器出口的阀体。根据本发明的配给单元是复杂的单元。隔膜阀允许少量流体控制。

优选地，所有的容器容纳在一个公共壳体内，从而使得结构能够更加紧凑。

在壳体处，可以对每个容器形成至少一个阀室，其中，关联隔膜在关闭位置抵靠阀座。在打开位置中，流体因而能够通过分配器室流出或者更普遍地，流经分配器室。应当强调的是，分配器室面向关联阀控制室并且两个室被隔膜分开。通过使隔膜在例如分配器室的方向中偏斜，阀控制室的体积增加，并且阀控制室然后还延伸进入壳体。当隔膜凸起进入阀控制室时，这当然可以反过来实现。然后分配器室的体积轻微增加，并且同样地突出进入阀载板。

当设置从第一至容器通向第二容器并且通向测试容器的公共出口通道时，配给单元的设计可以简化，该公共出口通道与第一容器和第二容器的分配器室连接。因此，公共出口通道仅通过阀载板中的一个孔而产生。

在药理物质已经流经测试容器之后，药理物质不一定需要被立即处置。还有可能并且甚至有利地重新使用该药理物质。为此目的，使用来自测试容器并且通向第三容器的回流管线，阀载板中的独立阀控制室与回流管线关联。这意味着药理物质以阀控制方式被转移进入第三容器中。

药理物质能够从该第三容器涌入第二容器。

当在，一方面，容器的一个或者多个壳体和，另一方面，阀载板之间设置用于所有的分配器室的公共隔膜时，配给单元的结构可以简化。隔膜因此是放置在其间或者在其间夹紧的薄的柔性板。

流体的配给增加必须十分精确地实现，即使在最小流率下。实现该剂量配给，因为压缩气体、也就是精确配给至一定压力的压缩气体在第一和第二容器的上端区域进入第一容器和第二容器。经由该气体或者液体表面上所产生的气垫的该调整的气压，从各个容器流出的液体数量被精确地控制。为此目的，容器在它们的上侧被关闭。这能够例如通过在盖子和容器之间简单地夹紧的一个公共或者几个单独隔膜实现。

每个容器具有其自身的压缩气体控制管线，其开口方向相同，优选地为其上侧的区域中开口。独立控制阀与每个压缩气体控制管线关联，经由控制阀打开或者关闭进入关联容器的压缩气体供给。

当压缩气体控制管线延伸到所述阀载板中的通道中时配给单元的结构再次简化，所述通道具有与优选地独立的控制阀关联的端口。这意味着控制压缩气体流动的控制阀也安装在阀载板上，控制阀具有其都关联的独立控制阀的自身的端口。这意味着用于压缩气体的控制阀也安装在阀载板上。

压缩气体的压力必须十分精确地设置，使得配给量同样地能够被十分精确地控制。为此目的，为流至容器的压缩气体设置公共比例阀。优选地，对于流至所有容器的压缩气体存在公共比例阀。水和药理物质的流速不是绝对必须是不同的，相反，它们的速度应该是相同的。为此原因，将流体压出相应容器的压缩气体的压力也必须是相同的。因此，根据本发明的一个实施例，单个比例阀是足够的。

另外，优选地设置用于阀的压缩气体和/或控制气体的气动压缩机。特别地，这还能够是公共气动压缩机。

作为公共结构单元，气动压缩机和比例阀能够是气动块的部件，所述气动块的外部由外壳密封。然后该气动块经由少数截管线与阀载板耦合。

出口通道仅具有0.04至0.08毫米的直径，优选地约0.06毫米，为了实现小的流动速率。

控制配给单元实现在0.5和10微升/分之间的流率。

可以例如实现阀载板中通道的简易制造，因为通道在阀载板的端面上打开，使得它们从外侧钻入端面。然后，控制阀能够被可释放地安装在端面上并且此处耦合至通道。

设计根据本发明的具有接收生物材料的测试容器测试单元和其根据本发明的微流体配给单元，使得在测试容器和微流体配给单元之间，流体即水或药理物质流动而无须使用泵。由于高度差和/或压缩气体，在容器中的液体表面上产生流动。由于生物材料需要氧气以生存，所以没有泵的介入，因为泵将完全夺走氧的液体。

附图说明

本发明的进一步的特征和优点可参考下文描述和下面的附图。

图1示出了具有根据本发明的微流体配给单元的根据本发明的用于生物材料的测试单元的部件的分解图；

图2示出了图1中示出的容器单元的俯视图。

图3示出了图1中示出的所述阀载板的俯视图。

图4示出了作为根据侧视图中本发明的微流体配给单元的部件的气动块。

具体实施方式

图1示出了具有测试容器10的测试单元的部件，其中，测试容器10容纳有单细胞或者多细胞微生物形式的生物材料。这些微生物生活在水中并且需要氧气。在这些微生物上测试药理物质。

除了测试容器10之外，所述单元包括所谓的配给块12和气动块14，所述配给块12包括几个单独部件并且在图1中示出，所述气动块14连接至所述配给块12并且在图4中示出。

在下文中，将详细描述根据图1至图3的所述配给块12。

所述配给块12包括容纳多个液体容器的壳体16，于其上安装多个控制阀的阀体载板18，在阀体载板18和壳体16之间的夹紧的隔膜20，从顶部关闭容器的盖子22和在盖子22和容器之间夹紧的隔膜24以及用于密封的壳体16。

壳体16由塑料例如可以是注塑件制成，并且能够设计为不可回收的，也就是一次性的，然而，盖子22、阀体载板18和转换阀是非一次性物体，因为它们不与药理材料接触。

壳体16包括接收水的第一容器26、容纳溶解在水中的药理物质的第二容器28以及第三容器30，其中回收液流入第三容器30，回收液从测试容器10再循环至配给块12。

容器26至30能够被设计为在可能一体成形的壳体16中在顶部打开的腔体并且不一定需要被制备为独立的部件。

在壳体16的底部中或者在安装在壳体16中并且可能是壳体的一部分的邻近部件中，为每个容器26至30提供独立分配器室32至36。分配器室32至36是底部开口的室，分配器室32至36在底部以液体密封方式被公共隔膜20密封。

具有小横截面的通道从容器26至30的相应底部即所谓的容器出口38至42开始通向这些分配器室32至36。这些容器出口38至42应当在相应容器26至30的最深点处开始。

容器出口38至42比如说在与隔膜20相对的相应分配器室32至36的顶壁处结束。

除了容器出口38至42之外，出口通道在每个分配器室32至36中开始。第一容器26和第二容器28具有公共出口通道44，公共出口通道44经由耦接至壳体16的管线46与测试容器10流体连接。公共出口通道44具有两个短截管线47、48，这两个短截管线47、48的每个在分配器室32、34中的容器出口38、40的孔的旁边结束。

面对隔膜20的壁，更确切地，分配器室32、34的端面壁形成阀座，当隔膜20在分配器室32、34的方向中被挤压时，隔膜20挤压阀座。至截管线47、48的容器出口38和/或40因此均能够单独地关闭并且打开。

回流管线50从测试容器10引回壳体16。

回流管线50耦接至设置在壳体16中的回流通道52，回流通道52在另外的分配器室54中结束并且另外在分配器室36处结束。

分配器室54同样地被隔膜20关闭并且在其上侧也就是面对隔膜20的顶壁具有对应的阀座。

从分配器室36开始，设置容器入口通道42，容器入口通道42通向容器30。该容器入口通道42与回流管线52一样能够被隔膜20关闭。

当隔膜20不抵靠分配器室54的阀座时，经由从回流管线52引入分配器室54的连接通道56，介质能够从系统中导出。连接通道然后与出口通道60一起打开。容器入口通道42在该条件下关闭。

另外，没有阀-转换连接通道62使容器28、30流体连接。连接通道62在相应的容器28、30的底部开始并结束。

连接通道62像其它通道一样通过钻孔，此处通过水平钻孔而产生。在壳体16的端面出口处，连接通道62被封闭物64关闭。

如以上已经解释的，容器26至30在顶部被关闭，即由隔膜24关闭。

然而，在容器的上侧的区域，独立压缩气体控制管线70至74通向容器26至30中的每个，独立压缩气体控制管线70至74垂直地贯穿壳体16并且进一步地贯穿隔膜中的开口76进入阀载板18中的对应通道。

在阀载板18中，为了通向一个端面上的端口，控制管线70至74优选地以90度弯曲。

在下文中，将说明阀载板18中的通道、管线或者室。对于所有三个容器26至30，存在公共压缩气体供应管线80，公共压缩气体供应管线80经由通道82至86和端面控制通道端口通向耦接至其上的控制阀88至92。

控制阀88至92耦接至阀载板18的端面，并且将到它们关联的压缩气体管线70至74的通道82至86接通或关闭。

除了压缩气体供应管线80之外，阀载板18还具有中央压缩气体供应管线94，其用于切换由分配器室32至36形成的各个隔膜阀。

从压缩气体供应管线94开始，设置均关联至单个容器26至30的通道96、98和100，然后通道96、98和100同样地在端面上的端口中的结束，并且控制阀102、104、106均耦接至通道96、98和100。

控制阀102至106用于切换隔膜阀，其中，隔膜阀由分配器通道32至36形成。

从阀102至106，关联通道108、110和112中的每个通向阀载板18中的关联阀控制室114、116、118。

每个容器26至30具有其自己的阀控制室114至118，阀控制室114至118面对关联的分配器室32至36并且通过隔膜20与分配器室32至36分开。

分配器室54能够独立地切换并且同样地在阀载板中具有其自身的阀控制室120，其中，阀控制室120反过来与其自身的控制阀122耦接。对应的通道124、126从压缩气体供给管线94通向控制阀122或者从控制阀122通向阀控制室120。

压缩气体控制管线80与气动块14(见图4)流体连接。

这个气动块14包括壳体140，壳体140设置有几个管线并且几个管线耦接至壳体140处。

气动压缩机142确保流入阀载板18的压缩气体的最大压力。该最大压力经由管线144流向压缩气体供应管线80。

压缩机142还供应压缩气体，该压缩气体流动至压缩气体控制线70至74。然而，该压缩气体的压力可以也就是经由被插入的比例阀146被精确地控制。出现受控制压缩气体的出口148与压缩气体供应管线94耦接。

压缩转换器150、152保证压缩气体的气压被监测并且精确地设置。

实现相应隔膜阀的开关，因为来自压缩机的压缩气体流入具有最大的压力的关联阀控制室114至120和打开的阀102、104、106或者122，并且在这样做时部分地将隔膜20向上压入关联分配器室从而使得阀座关闭。

在下文中，将说明具有其配给块12和气动块14以及整个测试单元的微配给单元。

在测试单元10中，容纳微生物。

随着0.5和10微升/分的十分小的流率，水从容器26流入测试容器10，其中，关联控制阀102切换至打开，使得隔膜20并不抵靠阀座并且容器出口38与截管线47耦接。由于最小流量，防止微生物粘附至腔壁并且保持微生物的移动性。流率太大可能会杀死微生物，这也是不期望的。

实现容器26至30和测试容器10之间的流体流动而无须泵的介入。

经由相应容器26至30内的压力，也就是经由容器26、28中的流体柱上产生的气垫中的压力，唯一地控制相应流体的流率。

当流率必须升高时，比率阀146对应地切换并且致动关联阀88或者90。为了测试容纳在容器28中的药理物质的药理效果，致动对应的阀104，使得药理物质能够从容器28流出进入出口通道44，以从出口通道44进入测试容器10。

当对应的阀106切换至打开时，倒流的液体(回收液)经由分配器室36进入容器30。然后阀122设置为关闭。

通过在容器30中的气垫中应用相应的压力，相同的压力可以被传递进入容器28。为此目的，使用溢流管线62。容器28中的压力当然应该被降低，以提供该溢流。

当系统或者仅容器30应当被清空时，致动控制阀122，使得隔膜20不分配器室54中的阀座。通向外部废物容器的出口管线60因此被流体穿过。当介质经由容器入口42流出并且进入管线60时，容器可以被清空。

当另一个药理物质要被测试时或者当容器不再能够被充分清洁时，容器或者与之一体式连接的壳体16仅必须更换为新的容器，使得单元和微流体配给单元十分经济地维持。

容器被设计为大约25毫升的体积。

压缩气体供应管线94中的压力是0.08至1巴。

新的或者另外的液体或者药理物质经由注射器被供应进入相应的容器26、28，见图2中的入口178。

为此目的，相应的容器26、28能够具有其自身的供应隔膜或者类似物，隔膜或者类似物能够被注射器刺穿，但是注射器自动撤回后，隔膜或者类似物再次关闭，这仅是示例性实施例。

当止回阀180存在于入口178和/或在溢流管线62中时，也是有利的，如图2中所示。

测试容器10和容器26、28之间的特定高差当然也能够影响流动。

Claims (19)

1.一种容纳生物材料的测试容器(10)的微流体配给单元，其中，所述生物材料需要氧气，所述微流体配给单元包括容纳水的至少一个第一容器(26)和容纳药理物质的至少一个第二容器(28)，其中，第一容器(26)和第二容器(28)具有通向所述测试容器(10)的容器出口(38、40)并且被安装在包括控制通道的公共阀载板(18)上，所述载板包括控制通道端口，控制通道端口用于将被耦接至控制通道端口的控制阀(88-92、102-104、122)的，其中，对于每个容器(26-28)，在所述阀载板(18)中形成被隔膜(20)密封的独立阀控制室(114-116)，并且其中，由隔膜移动来打开并且关闭关联容器出口(38、40)，所述隔膜是密封阀控制室的公共隔膜，并且所述公共阀载板一体成形。

2.根据权利要求1所述的微流体配给单元，其特征在于，接收回收液体的至少一个第三容器(30)，所述至少一个第三容器(30)安装在所述阀载板(18)上，并且，所述阀载板(18)包括被隔膜(20)密封由控制阀(106)可致动的独立阀控制室(118)以用于所述至少一个第三容器(30)，并且其中，由隔膜移动来打开并且关闭所述第三容器(30)的容器出口(42)。

3.根据权利要求2所述的微流体配给单元，其特征在于，所有的容器(26-30)容纳在公共壳体(16)中。

4.根据权利要求3所述的微流体配给单元，其特征在于，对于每个容器(26-30)，在壳体(16)处形成具有阀座的至少一个分配器室(32-36)，关联隔膜(20)在关闭位置中抵靠阀座。

5.根据权利要求4所述的微流体配给单元，其特征在于，设置从第一容器(26)通向第二容器(28)并且通向测试容器的公共出口通道(44)，所述测试容器与所述第一容器(26)和第二容器(28)的分配器室(32、34)耦接。

6.根据权利要求2所述的微流体配给单元，其特征在于，设置来自所述测试容器(10)并且通向第三容器(30)的回流管线(50)，所述阀载板(18)中的独立阀控制室(120)与所述回流管线(50)关联。

7.根据权利要求2所述的微流体配给单元，其特征在于，溢流管线(62)设置在第三容器(30)和第二容器(28 )之间。

8.根据权利要求4所述的微流体配给单元，其特征在于，在所述容器(26-30)的一个或者多个壳体(16)和所述阀载板(18)之间设置用于所有的分配器室(32-36、54)的公共隔膜。

9.根据权利要求1所述的微流体配给单元，其特征在于，所述容器(26-30)在它们上侧被关闭并且其中，独立压缩气体控制管线(70-74)通向每个容器(26-30)，并且其中，独立控制阀(88-92)与每个压缩气体控制管线(70-74)关联，经由控制阀(88-92)打开或者关闭进入关联容器(26-30)的压缩气体供给。

10.根据权利要求9所述的微流体配给单元，其特征在于，所述独立压缩气体控制管线(70-74)的上侧区域被打开。

11.根据权利要求9所述的微流体配给单元，其特征在于，所述压缩气体控制管线(70-74)延伸到所述阀载板(18)中的通道中，所述通道具有到关联控制阀(88-92)的端口。

12.根据权利要求11所述的微流体配给单元，其特征在于，端口的关联控制阀(88-92)是独立控制阀(88-92)。

13.根据权利要求9所述的微流体配给单元，其特征在于，设置用于流向容器(26-30)的压缩气体的至少一个比例阀(146)。

14.根据权利要求13的微流体配给单元，其特征在于，设置用于流向容器(26-30)的压缩气体的公共比例阀(146)。

15.根据权利要求9所述的微流体配给单元，其特征在于，设置用于控制阀(88-92、102-106、122)的压缩气体和控制气体中的至少一个的气动压缩机(142)。

16.根据权利要求15所述的微流体配给单元，其特征在于，所述气动压缩机(142)和至少一个比例阀(146)容纳在被形成为公共结构单元的气动块(14)上或者中，所述气动块(14)的外部由外壳(140)密封。

17.根据权利要求1所述的微流体配给单元，其特征在于，可释放地安装在所述阀载板(18)上的控制阀(88-92、102-106、122)。

18.根据权利要求17所述的微流体配给单元，其特征在于，可释放地安装在所述阀载板(18)上的控制阀(88-92、102-106、122)耦接至所述阀载板(18)在端面打开的的通道。

19.一种具有用于接收生物材料的测试容器和根据前述任一权利要求所述的微流体配给单元的测试设备，其特征在于，所述流体不需要使用泵就在所述微流体配给单元和所述测试容器(10)之间流动。