CN104569452B - 微流体设备单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微流体设备单元(10)，其具有包括至少一个致动单元(14)的控制设备(12)并且具有用于微流体芯片(18)的载体(16)，其中载体(16)设计为与控制设备(12)分离的、但是通过至少一个连接线(20)与控制设备(12)连接的模块，使得致动单元(14)可以致动在载体(16)处的至少一个功能，并且其中载体(16)设有用于微流体芯片(18)的接收件。

Description

微流体设备单元
技术领域
本发明涉及一种具有控制设备与用于微流体芯片的载体的微流体设备单元。
背景技术
所谓的微流体芯片是通过现有技术大体上已知的并且包括至少一个存储部分，至少一个微流体通道与通常地至少一个混合部分，例如以便检查存在于存储部分中的流体样本的流动性能、混合和/或去混合性能以及化学和/或生物化学反应。为此目的，将微流体芯片插入到微流体设备单元中，其中此设备单元包括例如利用压紧力、磁力、化学反应力、电力和/或热载荷以期望方式使流体样本充电的至少一个致动单元。
在美国8,309,040B2中已经描述了此微流体设备单元、用于容纳在此设备单元中的微流体芯片、以及用于将微流体芯片安装在此设备单元处的方法。微流体设备单元包括针，所述针在插入微流体芯片时穿入微流体芯片的密封存储部分中并且由此以简单方式在微流体芯片与设备单元之间形成大体上无泄漏的流体连接。可以毫不费力地将微流体芯片插入到微流体设备单元中并且再次从设备单元移除，从而能够进行微流体芯片的简单交换。
发明内容
本发明的目的是形成微流体设备单元以及微流体芯片，通过其提高了用于流体样本的分析可能性。
根据本发明，通过微流体设备单元解决了此目的，所述微流体设备单元包括具有至少一个致动单元的控制设备和用于微流体芯片的载体，其中载体设计为与控制设备分离的、但是通过至少一个连接线与控制设备连接的模块，使得致动单元能够致动载体处的至少一个功能，其中载体设有用于微流体芯片的接收件。作为与控制设备分离的模块的设计提供了载体的“自由”操作以及由此用于安装在载体处的微流体芯片的改进的分析可能性。例如，移动载体模块连同安装的微流体芯片一起可以放置在显微镜上并且可以在安装状态中检查微流体芯片。在此检查过程中，同时提供至少一根连接线以便经由控制设备致动微流体芯片。
在微流体设备单元的一个实施方式中，载体包括可以经由连接线通过致动单元致动的至少一个光源。因此，微流体芯片以及由此的流体样本可以以简单的方式利用光进行照射。
此外，载体可以包括至少一个光传感器，其信号可以经由连接线传输到致动单元。由此该连接线不仅提供了致动信号的从控制设备到微流体芯片的传输，而且此外还提供了反馈信号的从微流体芯片到控制设备的传输。
在微流体设备单元的其它实施方式中，载体包括经由连接线与致动单元连接的至少一个加热元件。通过此种方式，可以毫不费力地加热微流体芯片以及由此的流体样本。
优选地，加热元件以弹性屈服方式安装在载体处。在微流体芯片的安装状态中，这导致预张紧并且由此导致加热元件与待加热的微流体芯片的区域之间的紧密接触，从而确保热传递具有小的能量损失。
在设备单元的其它实施方式中，载体包括可以经由供给线通过致动单元致动的感应元件。通过此种方式，使得能够毫不费力地将电力和/或电磁力施加在微流体芯片中的流体样本上或者此外将能量传输到布置在微流体芯片中的加热装置。
在微流体设备单元的载体处优选地布置用于微流体芯片的捕获装置。此捕获装置将微流体芯片可靠地固定在载体处并且例如当将载体连同微流体芯片一起插入到显微镜中时防止微流体芯片的不期望的滑动。
捕获装置尤其优选地包括永磁体或磁性材料的对应部分。磁体捕获装置提供了以此种方式可以将微流体芯片容易且反复地固定在载体处以及再次将其从载体移除的优点。
根据设备单元的另一个实施方式，用于自动连接微流体芯片的流体联接件集成在载体的接收件中。经由此流体联接件，可以在微流体芯片中的流体样本上施加液压力或气动作用力。
优选地，流体联接件包括至少一个中空针。通过插入与取出中空针，不费吹灰之力就可以产生或释放流体联接件。此外，通过插入可能由简单密封环支撑的中空针，实现了流体连接的紧密性。
中空针尤其是可替换地安装在接收件处。这提供了可以非常容易且快速地替换阻塞或损坏的中空针的优点。
特别优选地，流体联接件包括至少一个中空供给针与至少一个中空排放针。由此，一方面微流体芯片可以着手处理工作介质以便经由中空供给针对流体样本进行加压，并且另一方面经由中空排放针提供排气。样本流体和/或工作介质还可以能够经由载体排放到微流体设备单元的控制设备。然后不再需要用于微流体芯片中的样本流体和/或工作介质的其它储存器。
在设备单元的其它实施方式中，控制设备包括至少一个泵，所述至少一个泵可以由致动单元致动并且其输出经由连接线与载体连接。由此将用于对流体样本进行加压的泵定位在移动载体的外部，使得所述泵可以设计为特别紧凑的形式并且可以与微流体芯片一起布置在显微镜下方。
在设备单元的此实施方式中，泵优选地与流体联接件连接。这经由控制设备中的泵提供了对流体样本的容易加压。通过加压，将初始保持在在于微流体芯片中的单独通道结构中的存货中的一个或多个流体样本或流体样本与试剂传送到反应空间或者混合部分，在反应空间或者混合部分例如通过光学部件执行流体部件的分析。
在设备单元的其它实施方式中，用于微流体芯片的接收件包括多个底座。微流体芯片的在单个底座上的支撑至少部分地提供了微流体芯片与载体的自由几何形状设计以及微流体芯片的良好的可接近性以便检查流体样本。
在此实施方式中，优选地至少一个底座设有流体联接件。
然后此底座优选地设有用于与泵连接的流体线的端口。
此外，至少一个底座可以设有光源和/或光传感器。通过这种方法能够在利用光进行照射期间以小的技术努力来选择性地检查流体样本或还检查其性能。此外，可以确定流体样本中的组分的浓度或者可以分析流体样本的组分。
此外，至少一个底座可以设有永磁体或者磁性材料的对应部分。通过微流体芯片的适当设计者提供了微流体芯片在载体处的容易的磁固定或者捕获并且此外还提供了通过选择性地克服磁性保持力容易地拆卸微流体芯片。微流体芯片包括由可模塑塑料材料制成的基部本体并且其中设有朝向基部本体的至少一个侧面打开的至少一个微流体通道，并且具有完全在微流体通道在其上打开的基部本体的侧面上方延伸的密封膜。基部本体优选地设有至少一个用于光的联接表面。经由微流体设备单元的载体，用于光的此联接表面提供了利用光对流体样本的选择性照射并且提供了对流体样本的反射的良好探测。
优选地，联接表面是从基部本体的一个侧面延伸出的凹入部的侧壁。
联接表面例如可以以与侧面成约45°的角度延伸。在垂直于微流体芯片的侧面照射的状态中，可以由此沿着平行于侧面的方向反射光，使得流体样本的有利照射是可能的。这类似地适用于垂直于侧面定向的光传感器并且经由以45°角成斜面的联接表面例如可以探测平行于侧面指向的传输辐射。
形成为联接表面的凹入部的侧壁，例如是棱锥的一部分。首先，这在用于微流体芯片的基部本体的制造过程中提供了制造益处。
此外，凹入部的侧壁尤其可以涂覆以反射材料，以便提高光反射。
在微流体芯片的一个实施方式中，基部本体是平坦的并且包括平行于彼此延伸的两个侧面，所述两个侧面是长方形的并且远离彼此面向。
此两个侧面尤其设有密封膜。此构造提供了微流体芯片的容易且不那么昂贵的制造。
微流体芯片的微流体通道优选地包括至少一个存储部分。在微流体芯片的存储过程中，即在将微流体芯片安装在设备单元的载体上并且对其进行检查以前存储部分含有试剂或者流体样本。
此外，微流体通道可以包括至少一个混合部分。在此混合部分中，例如通过对微流体芯片进行加压结合并且分析不同的流体样本。
在微流体芯片的一个实施方式中，基部本体是诸如聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的透明热塑材料的注塑压缩成型部分。
特别优选地，微流体芯片的基部本体设有永磁体或磁性材料的对应部分。通过载体的适当设计提供了对在微流体设备单元的载体上的微流体芯片的容易定位或捕获。由此确保在移动载体的移动过程中安装在载体上的微流体芯片不滑动或者以不期望的方式下落。
附图说明
可以参照附图通过下面对优选实施方式的描述获取本发明的其它特点与优点，在附图中：
图1a和图1b示出了根据本发明的具有控制设备与载体以及安装在载体上的微流体芯片的微流体设备单元的立体图；
图2示出了根据图1a和图1b的没有控制设备的壳体并且没有微流体芯片的微流体设备单元的另一个立体图；
图3示出了根据图2的具有安装的微流体芯片的微流体设备单元的俯视图；
图4示出了根据图1至图3的微流体设备单元的控制设备中的泵单元的立体图；
图5示出了没有载体壳体但是具有安装的微流体芯片的微流体设备单元的载体的立体图；
图6示出了微流体设备单元的载体的俯视图；
图7示出了容纳用于根据图6的载体的光学部件和/或电子部件的底座的立体图；
图8示出了根据图7的具有安装的光学与电子部件的底座的立体图；
图9示出了根据图7的底座的视图以及用于说明光学原理的示意图；
图10示出了根据图7的底座的另一个立体图；
图11示出了用于根据图6的载体的另一个底座的立体图；
图12示出了根据图11的底座的立体剖视图；
图13示出了根据图11的底座的侧视图；
图14示出了根据图12的底座的侧视图；
图15以另选实施方式示出了根据图11的底座的立体图；
图16以其它另选实施方式示出了根据图11的底座的立体图；
图17示出了在根据图15的底座的区域中具有安装的微流体芯片的载体的立体细节部分；
图18示出了根据图17的具有安装的微流体芯片的载体的侧视图；
图19示出了根据本发明的具有安装的微流体芯片的微流体设备单元的载体的立体图；
图20示出了根据图19的具有安装的微流体芯片的载体在捕获装置的区域中的立体细节部分；
图21示出了根据本发明的微流体芯片的立体分解图；
图22示出了根据图21的微流体芯片的俯视图；
图23示出了根据图21的微流体芯片的立体、部分透明的仰视图；
图24示出了根据图21至图23的微流体芯片的仰视图；以及
图25示出了在用于载体的流体联接件的连接区域中的微流体芯片的细节视图。
具体实施方式
图1至图3示出了具有控制设备12的微流体设备单元10，微流体设备单元10包括至少一个致动单元14，以及用于微流体芯片18的载体16。
载体16设计为与控制设备12分离的、但是通过至少一根连接线20与控制设备12连接的模块，使得致动单元14可以致动在载体16处的至少一个功能。
通常地，设有几根连接线20，例如流体线、电源线或者其它信号线，为了更好地操作载体16，连接线20优选地结合成一个线束。
在根据图1a的微流体设备单元10的第一操作状态中，载体16插入到控制设备12中，使得载体16与控制设备12一起形成基本上是成形立方体的均匀紧凑的组件。在控制设备12中设置了用于容纳载体16的精确适配凹槽19。根据图1a，载体16相对于控制设备12略微突出，但是在另选设计变型中载体16还可以与控制设备12的壳体21基本上平齐地终止并且形成与控制设备12一致的表面。
图1b示出了微流体设备单元10的第二操作状态，其中载体16被从控制设备12的凹槽19移除，但是然而经由连接线20始终与控制设备12保持连接。为了方便载体16的移除，在控制设备12中设有邻近凹槽19的切口23，在微流体设备单元10的第一操作状态中切口23布置在载体16的下方，使得载体16可以通过手横向抓握并且可以从控制设备12容易地移除。
载体16设有用于微流体芯片18的接收件22，其中在图1a、图1b和图3中微，流体芯片18已经安装在微流体设备单元10的载体16上。
流体联接件24集成在载体16的接收件22中以便自动地连接微流体芯片18，在图17和图18的描述中将更加详细地说明其精确构造。
根据图1至图3，微流体设备单元10的控制设备12包括具有几个泵26的泵单元30，其可以通过致动单元14致动并且其输出28经由至少一个连接线20与微流体设备单元10的载体16，具体地与载体16的流体联接件24流体连接(同样参照图17和图18)。
图4示出了控制设备12的泵单元30的细节，其中在这里泵单元30包括三个用于提供工作介质的注射泵。尤其当使用空气作为工作介质时，其中另选地可以使用另外的气体或气体混合物或液体。泵单元30装配有形成为步进电机的线性致动器32、压力传输器34以及阀36。在微流体芯片18中的流体样本由此可以被持续地并且基本上没有脉动地传输。经由致动单元14产生泵单元30的致动，这继而经由显示器38操作。
图5示出了具有安装的微流体芯片18但是没有载体壳体44的微流体设备单元10的移动载体16。因此可以清楚地看到用于微流体芯片18的载体16的接收件22包括几个底座50。特别地，设有三个底座50，以便确保稳定，静态地确定用于微流体芯片18的支撑。
图6示出了具有载体壳体44但是没有微流体芯片18的载体16的俯视图。俯视图清晰地示出底座50设有流体联接件24。相应地，每个底座50还设有可以经由连接线20与控制设备12连接，尤其与控制设备12的泵单元30连接的流体端口40、42。
此外，载体16，具体为载体16的底座46，包括同样经由连接线20与控制设备12的致动单元14连接的加热元件52。特别地，加热元件52以弹性屈服方式安装在载体16上，使得在微流体芯片18的装配过程中，在微流体芯片18与加热元件52之间获得一定压紧力。此压紧力确保到微流体芯片18的良好的热传递，微流体芯片的流体样本66可以至少部分地由加热元件52加热。
根据图6，微流体设备单元10的载体16还包括设有光源54与光传感器56的底座48。
图7和图8示出了具有和不具有光学与电子适配件的底座48的立体图。为了降低制造努力，可设想形成用于构造相同的不同系列的微流体设备单元10的底座48，也就是大体上为之后可以按照需求而选择性地装配的可想象的光学与电子部件提供切口68。
根据图8，载体16的底座48包括两个孔板58、60、光源54以及用于荧光和传输测量的光传感器56。光源54例如是发光二极管并且可以经由连接线20通过致动单元14致动。相应地，光传感器56例如是光电二极管，其信号可以经由连接线20传输到致动单元14。此外，用于光折射以及频率过滤的光学部件，诸如例如透镜62或彩色滤光片64，也可以包括在底座48中。设备单元10还包括用于探测光学信号的电子评估单元，使得能够分析流体样本与它们的组分。
在根据图9的示意图中示出了用于上述底座48的用于照射微流体芯片18中的流体样本66的光学原理。来自光源54的光经由过滤器64被引入到微流体芯片18中，以便利用光照射流体样本66并且随后能够经由适当的光传感器56执行荧光和/或传输测量。
还将参照图21至图25在微流体芯片18的详细描述中详细地说明在微流体芯片18中的光的传导。
图10在可以看到用于电子部件的其它切口68的后视立体图中示出了根据图7和图8的底座48。用于可以容纳在这些切口68中的电子部件的实例，包括用于致动光源54的电子板或用于评估光传感器56的放大器。
当然能够将其它功能集成在载体16的底座46、48、50中或者为另外的底座提供其它功能。例如，可想象的是，载体16包括感应元件(未示出)，可以经由连接线20通过致动单元14致动感应元件，以便将电力或电磁力施加在流体样本66上。
图11至图16示出了集成在载体16的接收件22中的流体联接件24的可能的细节构造。
每个流体联接件24都包括可替换地安装在载体16的接收件22处的两个中空针70、72。中空针70、72中的一个是用于将工作介质从控制设备12供给到微流体芯片18内的中空供给针70，然而中空针70、72中的另一个是基本上用于排气的中空排放针72。此外，可能设置为经由中空排放针72将样本流体和/或工作介质从微流体芯片18排放到控制设备12。
中空针70、72突出超过底座50的支撑表面74，使得在微流体芯片18的装配过程中中空针70、72穿入到微流体芯片18的微流体通道76中(参见图17和图18)。
图11至图14中示出了其中中空针70、72具有斜面端78的流体联接件24的第一设计变型。突出超过支撑表面74的中空针70、72的锋利边缘斜面端78，提供了可以以最后的代价实现流体连接到微流体芯片18的微流体通道76的优点。然而，为此原因，当将微流体芯片18定位与安装在载体16的接收件22处时必须特别小心，使得微流体芯片18在已经达到其最终安装位置以前不会被中空针70、72的斜面端78损坏。
在另选中，根据图15的流体联接件24的第二设计变型，中空针70、72的端部78是平坦的并且平行于底座50的支撑表面74延伸。在此设计变型中，显著减小了在微流体芯片18达到其最终安装位置以前被损坏的风险。然而，如与根据图11至图14的第一设计变型相比，显著更高的安装力是必要的，以使底座50的流体端口40、42与微流体芯片18的微流体通道76连接。
在另选中，根据图16的流体联接件24的第三设计变型，设置了定位销80，其突出超过底座50的支撑表面74，以便进一步降低在微流体芯片18达到其安装位置以前被损坏的风险。优选地，定位销80比中空针70、72的端部78突出超过底座50的支撑表面74更多。此外，定位销80的自由端82是圆形或平坦的，从而大大地排除了在微流体芯片18达到其安装位置以前的损坏。在定位销80达到安装位置时，定位销80接合到微流体芯片18的相应定位开口84中(参见图24和图25)。通过施加垂直于支撑表面74的相应的安装力，然后可以在安装位置处实现到微流体芯片18的微流体通道76的连接。
优选地，可获得的磁力足够大，从而当将微流体芯片18布置在定位销80上时，微流体芯片18被磁力吸引直到达到其在支撑表面74处的稳定安装位置，其中然后中空针70、72的端部刺穿密封膜96。不需要从外部施加额外的压紧力。
在图17和图18的细节部分中示出了载体16的流体端口40与微流体芯片18的微流体通道76之间的流体连接。流体端口40形成在载体16的底座50处并且与可替换中空针70流体连接，其中在微流体芯片18的安装状态下，中空针70突出到其微流体通道76中并且由此与微流体芯片18流体地连接。
通常来说，泵单元30由此经由输出28、连接线20以及流体端口40与载体16的流体联接件24流动连接。
根据图17和图18，在底座50的支撑表面74中设有密封环86，其围绕中空针70并且朝向微流体芯片18密封穿刺点。
特别优选地，用于微流体芯片18的捕获装置88布置在载体16处，以便在移动载体16的移动过程中防止安装的微流体芯片18的不期望的滑动。捕获装置88尤其包括永磁体或磁性材料的对应部分。在示出的示例性实施方式中，载体16的至少一个底座50设有此捕获装置88。已经在图11至图14和图16中示出了用于容纳捕获装置88的相应的切口90，其中切口90靠近底座50中的支撑表面74布置。
当永磁体或者磁性材料的对应部分用作底座50中的捕获装置88时，磁性材料的对应部分或永磁体相应地必须设置为微流体芯片18中的，尤其是微流体芯片18的基部本体92中的捕获装置88。关于此，图19示出了具有安装的微流体芯片18的微流体设备单元10的载体16，其中微流体芯片18例如包括三个磁性捕获装置88。
图20示出了根据图19的具有安装的微流体芯片18的载体16在捕获装置88的区域中的细节部分。显而易见的是，配合的磁性捕获装置88在微流体芯片18的安装状态中最大程度地接近彼此并且由此施加将微流体芯片18推入到其安装位置中的磁力。
当在载体16处安装时，微流体芯片18布置在根据图16的定位销80上并且平行于支撑表面74移动，尤其捕获装置88的磁力如此大使得当达到微流体芯片18的安装位置时，磁力超过必要的安装力，并且相应地中空针70、72被按压到微流体芯片18的微流体通道76中。
图21示出了根据图1至图20的用于安装在微流体设备单元10处的微流体芯片18的构造，其包括由可模塑塑料制成的基部本体92以及完全在基部本体92的侧面98、100上方延伸的密封膜94、96。基部本体92与密封膜94、96形成为至少在底座48的区域中是透明的。
在微流体芯片18的基部本体92中设有至少一个微流体通道76，微流体通道76在基部本体92的侧面98、100的至少一个上是开着的并且通过密封膜94、96覆盖并且关闭。在当前状态中，基部本体92的两个相对侧面98、100中的每个都设有密封膜94、96。
尤其，基部本体92是由诸如聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯的透明热塑性材料制成的平坦注塑压缩成型部分，其中远离彼此面向的两个侧面98、100基本上是长方形的并且平行于彼此延伸。
由于微流体芯片18的构造，因此材料与制造成本极其低，从而使得微流体芯片18可以有利地用作一次性部分。
图22示出了根据图21的微流体芯片18的俯视图，然而图23示出了立体、部分透明的仰视图，并且图24示出了根据图21的微流体芯片18的仰视图。
特别地参照图21至图23，显而易见的是，基部本体92设有用于光的联接表面102。每个联接表面102都是从侧面98、100中的一个开始延伸到基部本体92中的凹入部104的侧壁，其中凹入部104尤其形成类似截棱锥，并且侧壁由此是四角截棱锥的壳体表面的一部分。然而，例如还可以使用仅具有三个侧面的其它几何图形。
形成为用于光的联接表面102的侧壁尤其可以涂覆以反射材料，以便加强侧壁的光反射。
此外，如图9中所示出的，用于光的联接表面102优选地以与基部本体92的侧面98、100成约45°的角度延伸。在光与联接表面102成45°的角度处，垂直撞击侧面98、100的光源54的光通过联接表面102偏转，使得流体样本66平行与基部本体92的侧面98、100被照射。为了传输测量，来自其它联接表面102的光类似地再次沿着垂直于侧面98、100的方向偏转，使得光直接撞击在底座48中的光传感器56上。
根据图21至图23，微流体芯片18中的微流体通道76包括用作流体样本66或试剂的储存器的两个存储部分106。这些存储部分106优选地构造为具有至少三个通道绕组的蜿蜒形状。通过此种方式，在微流体芯片18的相对小的高度，即垂直于侧面98、100的基部本体92的小的尺寸的情况下，可以存储相对大的流体数量。微流体芯片18由此特别平坦，这对流体样本66的分析能力与分析结果具有积极作用。
此外，根据图23和图24的微流体芯片18的微流体通道76包括在其中进行例如流体样本66的检查或分析的混合部分108。
图25最终示出了具有载体16的流体联接件24的微流体芯片18在连接区域中的一部分。这里尤其示出了用于容纳捕获装置88的切口90以及用于容纳底座50的定位销80的两个定位开口84。此外，示出了两个微流体通道76的蜿蜒形状的存储部分106，两个微流体通道76在它们的通道端各自都具有在其中中空针70、72可以穿入到微流体通道76中的连接区域110，以便在微流体通道76与控制设备12之间形成流体连接。
在载体16中底座46、48、50的布置被调节到微流体芯片18的几何形状与微流体通道76的布置，从而自动地实现限定功能。底座46、48、50布置在载体16中，使得在将微流体芯片18插入到载体16的接收件22中时，容纳在底座50中的中空针70、72的端部78突出到微流体通道76的存储部分106中。容纳光学部件的底座48同样布置在载体16中，使得在将微流体芯片18插入到载体16的接收件22中时，通过混合部分108或微流体通道76的反应室形成光学测量路径。
在下面，将参照实例解释微流体设备单元10的操作模式。
初始地，微流体芯片18的至少一个存储部分106被填充以试剂(或者流体样本66)。为此目的，优选地通过注射器，在邻近容纳在底座50中的中空针70、72的期望刺穿点的点处刺穿密封膜94、96。因此，气垫保持在流体前面。同样地，反应室或混合部分108填充以待通过刺穿密封膜94、96的注射器来分析的流体样本66。为了使微流体通道76中的空气通风，在密封膜94、96包括其它开口。
由此将制备的微流体芯片18插入到载体16的接收件22中，其中容纳在底座50中的中空针70、72中的至少一个刺穿气垫下方的密封膜96并且突出到存储部分106的区域中的流体通道176中。气垫具有使中空针70、72不沾染试剂的优点。泵单元30的泵26经由控制设备12被致动并且由此使优选为空气的工作介质通过中空针70、72达到存储部分106中。由此试剂被传输到容纳流体样本66的反应室。反应室布置在微流体芯片18中，使得在微流体芯片18的安装位置中，反应室定位在用于光的两个联接表面102之间。通过容纳在布置于反应室下方的底座48中的光学部件形成光学测量路径，其中光横穿反应室。通过控制设备12中的电子评估单元探测并且评估信号，这提供了对流体样本66的分析。在控制设备12的显示器38处示出了测量结果。
通过设备单元12可以以简单的方式逐一执行多个分析。为此目的，微流体芯片18简单地被调换。

Claims (16)

1.一种微流体设备单元，所述微流体设备单元包括：
控制设备(12)，其包括至少一个致动单元(14)，并且所述微流体设备单元包括
用于微流体芯片(18)的载体(16)，
其中，所述载体(16)设计为与所述控制设备(12)分离的、但是通过至少一个连接线(20)与所述控制设备(12)连接的模块，使得所述致动单元(14)能够致动所述载体(16)处的至少一个功能，
其中，所述载体(16)设有用于所述微流体芯片(18)的接收件(22)，所述接收件(22)包括多个底座(46，48，50)，至少一个所述底座(46，48，50)设有流体联接件(24)，所述底座(50)设有用于与泵(26)连接的流体线的端口。
2.根据权利要求1所述的设备单元，其特征在于，所述载体(16)包括能够经由所述连接线(20)通过所述致动单元(14)致动的至少一个光源(54)。
3.根据权利要求2所述的设备单元，其特征在于，所述载体(16)包括至少一个光传感器(56)，所述至少一个光传感器(56)的信号能够经由所述连接线(20)传输到所述致动单元(14)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备单元，其特征在于，所述载体(16)包括经由所述连接线(20)与所述致动单元(14)连接的至少一个加热元件(52)。
5.根据权利要求4所述的设备单元，其特征在于，所述加热元件(52)以弹性屈服的方式安装在所述载体(16)上。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的设备单元，其特征在于，所述载体(16)包括能够经由所述连接线(20)通过所述致动单元(14)致动的感应元件。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的设备单元，其特征在于，在所述载体(16)处布置用于微流体芯片(18)的捕获装置(88)。
8.根据权利要求7所述的设备单元，其特征在于，所述捕获装置(88)包括永磁体或者磁性材料的对应部分。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的设备单元，其特征在于，将用于自动连接微流体芯片(18)的流体联接件(24)集成在所述接收件(22)中。
10.根据权利要求9所述的设备单元，其特征在于，所述流体联接件(24)包括至少一个中空针(70，72)。
11.根据权利要求10所述的设备单元，其特征在于，所述中空针(70，72)可替换地安装在所述接收件(22)处。
12.根据权利要求10所述的设备单元，其特征在于，所述流体联接件(24)包括至少一个中空供给针与至少一个中空排放针。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的设备单元，其特征在于，所述控制设备(12)包括至少一个泵(26)，所述泵(26)能够由所述致动单元(14)致动并且其输出(28)经由所述连接线(20)与所述载体(16)连接。
14.根据权利要求13所述的设备单元，其特征在于，所述泵(26)与所述流体联接件(24)连接。
15.根据权利要求1所述的设备单元，其特征在于，至少一个所述底座(46，48，50)设有光源(54)和/或光传感器(56)。
16.根据权利要求1或权利要求15所述的设备单元，其特征在于，至少一个所述底座(46，48，50)设有永磁体或磁性材料的对应部分。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017181258A1 (en) * 2016-04-21 2017-10-26 Duane Hewitt Continuous flow system
CA3027643C (en) * 2016-07-06 2021-01-19 Precision Nanosystems Inc Smart microfluidic mixing instrument and cartridges
WO2018054134A1 (zh) * 2016-09-23 2018-03-29 中国科学技术大学 电动微流控液滴分配器
EP3366370A1 (de) * 2017-02-22 2018-08-29 Briefcase Biotec GmbH Vorrichtung zur synthese von oligonukleotiden
DE102019116444A1 (de) * 2019-06-18 2020-12-24 Bürkert Werke GmbH & Co. KG Mikrofluidische Baugruppe und Verfahren zum hochpräzisen Verschieben einer Flüssigkeit in einer mikrofluidischen Baugruppe

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1732045A (zh) * 2002-10-31 2006-02-08 惠普开发有限公司 使用薄膜层引导流体的微流体系统
CN101099082A (zh) * 2004-12-03 2008-01-02 赛托诺姆公司 用于粒子处理的整体式盒

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6539806B2 (en) * 2001-03-07 2003-04-01 Starr-Johnson Fluid-load measurement by magnetic excitation and vibration sensing of a fluid-load-sensitive diaphragm
US6852287B2 (en) * 2001-09-12 2005-02-08 Handylab, Inc. Microfluidic devices having a reduced number of input and output connections
US7076996B2 (en) * 2002-10-31 2006-07-18 Veeco Instruments Inc. Environmental scanning probe microscope
US8021629B2 (en) * 2005-03-24 2011-09-20 Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. Analyzer
JP4464317B2 (ja) * 2005-05-13 2010-05-19 株式会社日立プラントテクノロジー マイクロ流体装置とその継手
US20060275852A1 (en) * 2005-06-06 2006-12-07 Montagu Jean I Assays based on liquid flow over arrays
US20080219890A1 (en) * 2005-08-04 2008-09-11 Helicos Biosciences Corporation Sample loading and recovery
EP1955685A1 (en) * 2005-11-25 2008-08-13 Nemoto Kyorindo Co., Ltd. Connection adaptor and connection device for liquid drug
DE102006014845A1 (de) * 2006-03-30 2007-10-04 Siemens Ag Modul für ein modulares Mikrofluidiksystem
WO2008039875A1 (en) * 2006-09-28 2008-04-03 California Institute Of Technology System and method for interfacing with a microfluidic chip
US20080152543A1 (en) * 2006-11-22 2008-06-26 Hideyuki Karaki Temperature regulation method of microfluidic chip, sample analysis system and microfluidic chip
WO2012017185A1 (en) * 2010-08-06 2012-02-09 Dna Electronics Ltd Method and apparatus for sensing a property of a fluid
WO2012058096A1 (en) * 2010-10-27 2012-05-03 Illumina, Inc. Microdevices and biosensor cartridges for biological or chemical analysis and systems and methods for the same
US8820170B2 (en) * 2012-09-14 2014-09-02 Sensata Technologies, Inc. Pressure sensor
US10933417B2 (en) * 2013-03-15 2021-03-02 Nanobiosym, Inc. Systems and methods for mobile device analysis of nucleic acids and proteins
DE202013103016U1 (de) * 2013-07-08 2013-07-15 Bürkert Werke GmbH Mikrofluiddosiereinheit und Testvorrichtung für Biomaterial

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1732045A (zh) * 2002-10-31 2006-02-08 惠普开发有限公司 使用薄膜层引导流体的微流体系统
CN101099082A (zh) * 2004-12-03 2008-01-02 赛托诺姆公司 用于粒子处理的整体式盒

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Publication number Publication date
US9592502B2 (en) 2017-03-14
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US20150118110A1 (en) 2015-04-30
DE102013111778B3 (de) 2015-04-30

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