DE102004062923A1

DE102004062923A1 - Vorrichtung zur Förderung von Fluiden, Verfahren zur Herstellung derselben und Pipette mit einer solchen Vorrichtung

Info

Publication number: DE102004062923A1
Application number: DE200410062923
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Dr. Bigus; Jörg VOLK
Original assignee: Hirschmann Laborgerate & Co KG GmbH; Hirschmann Laborgerate GmbH and Co KG
Current assignee: Hirschmann Laborgerate & Co KG GmbH; Hirschmann Laborgerate GmbH and Co KG
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2006-07-06
Also published as: US20080213134A1; EP1827695A1; WO2006069730A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur aktiven oder passiven Förderung von Fluiden mit einer mikrofluidischen Komponente mit einem Einlaß und gegebenenfalls einem Auslaß, einer mit der mikrofluidischen Komponente in elektrisch leitender Verbindung stehenden Leiterbahn und einem Träger, auf welchem die mikrofluidische Komponente festgelegt ist, vorgeschlagen. Um für einen einfachen und kostengünstigen fluidischen Anschluß der mikrofluidischen Komponente zu sorgen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Träger von einer die Leiterbahn umfassenden Platine gebildet ist, welche einen mit dem Einlaß und gegebenenfalls einen mit dem Auslaß der mikrofluidischen Komponente fluchtenden Durchgangskanal aufweist, und daß eine Zuleitung für den Einlaß bzw. eine Ableitung für den Auslaß von einem in den Durchgangskanal mündenden Kanal gebildet ist, wobei der Kanal auf der der mikrofluidischen Komponente abgewandten Seite der Platine in Form von je einer rinnenartigen Ausnehmung gebildet ist. Die mikrofluidische Komponente kann beispielsweise von einer Mikropumpe, einem Mikroventil oder einem Mikrosensor, insbesondere zur Druckmessung, gebildet sein. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung sowie eine Pipettier- und eine Druckmeßvorrichtung, welche mit einer Vorrichtung der vorgenannten Art ausgestattet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur aktiven und/oder passiven Förderung von Fluiden mit wenigstens einer mikrofluidischen Komponente mit wenigstens einem Einlaß und gegebenenfalls mit wenigstens einem Auslaß; wenigstens einer mit der mikrofluidischen Komponente in elektrisch leitender Verbindung stehenden Leiterbahn; und einem Träger, auf welchem die mikrofluidische Komponente festgelegt ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung der vorgenannten Art. Schließlich betrifft die Erfindung eine Pipettiervorrichtung mit wenigstens einem Pipettierkanal und mit wenigstens einer mit dem Pipettierkanal wirkverbundenen Mikropumpe zum dosierten Ansaugen und Abgeben von Flüssigkeit, welche mit einer solchen Vorrichtung mit einer mikrofluidischen Komponente in Form einer Mikropumpe ausgestattet ist; sowie eine Druckmeßvorrichtung mit wenigstens einem Meßkanal und mit wenigstens einem mit dem Meßkanal wirkverbundenen Drucksensor zum Erfassen des in dem Meßkanal herrschenden Druckes, welche mit einer solchen Vorrichtung mit einer mikrofluidischen Komponente in Form eines Drucksensors ausgestattet ist.
Mikrofluidische Komponenten finden in der Mikrotechnologie zunehmend Verwendung. So sind beispielsweise Mikropumpen bzw. Mikromembranpumpen zur aktiven Förderung von Fluiden, und zwar sowohl von Gasen als auch von Flüssigkeiten, von großem technischen Interesse, welche aus zwei oder mehreren, übereinander angeordneten und im wesentlichen scheibenförmigen Mikrostrukturen – sogenannten "Wafern" – aufgebaut sind, von welchen wenigstens zwei zwischen sich eine Pumpenkammer bilden und von welchen wenigstens eine die von einem Betätigungselement verformbare Membran aufweist. Die Mikrostrukturen bestehen häufig aus einem Halbleitermaterial, z.B. Silicium oder einer Silicium enthaltenden Legierung. Die Membran steht mit einem z.B. piezoelektrisch, elektromagnetisch, elektrostatisch, thermopneumatisch etc. aktivierbaren Betätigungselement in Verbindung, welches beispielsweise unmittelbar auf der Membran aufsitzt und mit Strom versorgt wird.

Derartige Mikromembranpumpen dienen zum exakten Dosieren von Fluiden mit einer äußerst hohen Genauigkeit bis in den Nanoliterbereich und kommen beispielsweise in Ein- oder Mehrkanalpipetten zum Einsatz. Dabei ist es möglich, die zu dosierende Flüssigkeit unmittelbar zu fördern, d.h. die Flüssigkeit tritt in die Pumpenkammer der Mikropumpe ein, oder es ist zwischen dem Pipettierkanal und der Mikropumpe ein Luftpolster angeordnet, so daß die Mikropumpe selbst nur Luft fördert, was insbesondere im Hinblick auf Verschleppungen günstig ist, da die Mikropumpe selbst nicht mit der zu dosierenden Flüssigkeit in Kontakt tritt. Pipettiervorrichtung mit solchen Mikropumpen sind unter anderem aus der EP 0 993 869 B1 und WO 2004/018 103 A1 bekannt.

Darüber hinaus sind mikrofluidische Komponenten in Form von Mikroventilen bekannt, welche einerseits als aktive Schalt- oder Stellventile ausgebildet sein können, welche über die Leiterbahn mit elektrischer Energie versorgt sind, um den jeweiligen Schaltvorgang durchzuführen. Andererseits können solche Mikroventile auch als passive Druckregelventile ausgebildet sein, welche bei einem vorgegebenen Druck schalten, z.B. schließen oder öffnen, wobei aufgrund des Schaltvorgangs elektrische Energie induziert wird, welche über die Leiterbahn an eine weitere Einrichtung, wie eine Meß- und/oder Regeleinrichtung, weitergegeben wird. Auch solche Mikroventile sind in der Regel aus im wesentlichen scheibenförmigen Mikrostrukturen aufgebaut, wobei im Falle der aktiven Mikroventile wiederum eine mit einem z.B. piezoelektrisch, elektromagnetisch, elektrostatisch, thermopneumatisch etc. aktivierbaren Betätigungselement in Verbindung stehende Siliciummembran vorgesehen sein kann, welche zwischen eine Öffnungs- und einer Schließstellung hin- und herbewegbar ist.

Ferner sind mikrofluidische Komponenten in Form von – in der Regel passiven – Drucksensoren bekannt, welche auch als mikroelektronisch-mechanische Systeme ("MEMS") bezeichnet werden. Solche Mikrosensoren sind ebenfalls aus im wesentlichen scheibchenförmigen Mikrostrukturen, vornehmlich aus Halbleitermaterialien, wie Silicium, oder speziellem Glas, aufgebaut und besitzen zumindest einen Einlaß, welcher an ein System, dessen Druck gemessen werden soll, angeschlossen wird. In einer im Innern der Mikrostrukturen ausgebildeten Meßkammer ist eine Membran angeordnet, welche in Abhängigkeit des Druckes in der Meßkammer verformbar ist, was z.B. durch die Ausbildung der Membran aus Silicium gewährleistet sein kann. Im Falle einer Verformung der Membran kann entweder eine elektrische Energie induziert werden, welche über die Leiterbahn an eine Meßeinrichtung übertragen wird, oder eine Verformung der Membran wird von außen, z.B. über eine weitere Membran, induktiv, kapazitiv, mit tels Lichtschranken oder dergleichen, detektiert und über die Leiterbahn an die Meßeinrichtung übertragen. Solche Mikrosensoren finden insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, in der Automobilindustrie vielfältige Verwendung.

Ein Problem stellt grundsätzlich der fluidische Anschluß solcher mikrofluidischer Komponenten dar, um den Einlaß und – soweit vorhanden – den Auslaß derselben fluiddicht mit einem fluiden System zu verbinden. So wird beispielsweise der fluidische Anschluß bei mikrofluidischen Komponenten in Form von Mikro- bzw. Mikromembranpumpen in der Regel dadurch ausgeführt, daß an den Einlaß bzw. an den Auslaß der Mikropumpe eine Kapillare angebracht wird, welche den Ein-/Auslaß z.B. mit dem Pipettierkanal einer Pipette verbindet. Für die Kapillaren werden meist chemisch weitestgehend inerte Spritzgußteile verwendet, welche an den Ein-/Auslaß der Mikropumpe angeklebt werden. Dies ist nicht nur aufgrund der sehr geringen Größe der miteinander zu verbindenden Komponenten aufwendig, sondern die Spritzgußteile der Kapillaren selbst sind auch in der Herstellung verhältnismäßig teuer. Entsprechendes gilt für Anschlußteile aus chemisch inerter Keramik. Bei Pipetten ist es ferner bekannt, die Mikropumpen auf einen Träger, welcher einen Teil der Pipette – z.B. ihres Dosierkopfes – bildet, aufzukleben, und den Träger mit Strukturen zu versehen, so daß der Ein- bzw. Auslaß der Mikropumpe mit dem Pipettierkanal kommuniziert, wie es beispielsweise gemäß der oben erwähnten WO 2004/018 103 A1 vorgesehen ist. Auch dies ist konstruktiv relativ aufwendig, insbesondere wenn es sich bei der Pipette um eine Mehrkanalpipette mit einer Mehrzahl an Pipettierkanälen handelt.

Mit "aktiver oder passiver Förderung" im Sinne der Erfindung ist im übrigen einerseits eine durch die mikrofluidi sche Komponente, z.B. in Form einer Mikropumpe, aktiv veranlaßte Druckförderung, andererseits auch eine passive, durch äußere Komponenten veranlaßte Förderung von Fluiden durch die z.B. in Form eines – aktiven oder passiven – Mikroventils ausgebildete mikrofluidische Komponente hindurch oder – z.B. im Falle eines Mikrosensors – auch lediglich eine fluidische Verbindung der mikrofluidischen Komponenten mit einem Fluidvolumen, dessen Druck gemessen werden soll, angesprochen. Mit "aktiver oder passiver Förderung" im Sinne der Erfindung ist folglich auch eine reine Zu- und/oder Abführeinrichtung für die – auch rein passive – Zu-/Abfuhr von Fluiden an die mikrofluidische Komponente gemeint.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß ein einfacher und kostengünstiger, dauerhafte fluidischer Anschluß der mikrofluidischen Komponente unter Gewährleistung ihrer elektrisch leitfähigen Verbindung mit der Leiterbahn gegeben ist. Sie ist ferner auf ein einfaches und kostengünstiges Herstellungsverfahren einer solchen Vorrichtung sowie auf eine Pipettier- und eine Druckmeßvorrichtung mit einer solchen Vorrichtung gerichtet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Träger von einer die Leiterbahn umfassenden Platine gebildet ist, welche einen mit dem Einlaß und gegebenenfalls einen mit dem Auslaß der mikrofluidischen Komponente fluchtenden Durchgangskanal aufweist, und daß wenigstens eine Zuleitung für den Einlaß und/oder wenigstens eine Ableitung für den Auslaß von einem in den Durchgangskanal mündenden Kanal gebildet ist, wobei der Kanal auf der der mikrofluidischen Komponente abgewandten Seite der Platine in Form von je einer rinnenartigen Ausnehmung gebildet ist.

Zur Lösung des der Erfindung zugrunde liegenden Problems sieht die Erfindung ferner bei einer Pipettiervorrichtung bzw. bei einer Druckmeßvorrichtung der eingangs genannten Art vor, daß sie mit einer solchen Vorrichtung ausgestattet ist, wobei die mikrofluidische Komponente von der Mikropumpe bzw. von dem Drucksensor (Mikrosensor) gebildet ist.

Schließlich sieht die Erfindung bei einem Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung vor, daß als Träger der mikrofluidischen Komponente eine die Leiterbahn umfassende Platine verwendet wird, daß die Platine mit wenigstens einem, gegebenenfalls wenigstens zwei Durchgangskanälen versehen wird, wobei der Abstand der Durchgangskanäle gemäß dem Abstand des Einlasses und des Auslasses der mikrofluidischen Komponente gewählt wird, daß auf der der zum Aufbringen der mikrofluidischen Komponente vorgesehenen Seite abgewandten Seite der Platine wenigstens eine Zuleitung für den Einlaß und/oder wenigstens eine Ableitung für den Auslaß ausgebildet wird, indem in dem Platinenmaterial je ein in den Durchgangskanal mündender Kanal in Form einer rinnenartigen Ausnehmung ausgebildet, insbesondere in dieses eingefräst, wird, und daß die mikrofluidische Komponente unter Gewährleitung einer elektrischen Verbindung mit der Leiterbahn sowie einer fluidischen Verbindung mit dem bzw. den Durchgangskanälen auf die der rinnenartigen Ausnehmung abgewandte Seite der Platine aufgebracht wird.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung gewährleistet einen äußerst einfachen und kostengünstigen Anschluß der mikrofluidischen Komponente, wie einer Mikropumpe, eines Mikroventils, eines Mikrosensors oder dergleichen, indem die Platine mit der bzw. den auf dieser ausgebildeten Leiterbahnen nicht nur zur Stromversorgung der mikrofluidischen Komponente bzw. zur Übertragung der dort induzierten oder detek tierten elektrischen Energie dient, sondern ferner auch deren fluidische Verbindung z.B. mit dem Pipettierkanal einer Pipette, mit einem Fluidvolumen, dessen Druck es zu messen gilt, oder dergleichen sicherstellt. Dabei kann eine herkömmliche Platine, z.B. eine aus einem herkömmlichen Platinenmaterial, wie mit Harzen getränktem Papier bzw. Papier/Kartonverbund, bestehende Platine verwendet werden, auf deren den Leiterbahnen abgewandten Seite – also der mikrofluidischen Komponente entgegengesetzten Seite – die als Zu- und/oder Ableitung(en) dienenden rinnenartigen Ausnehmung(en) ausgebildet ist bzw. sind. Letztere werden insbesondere durch Einfräsen, wie 3D-Fräsen (d.h. dreidimensionales Fräsen, ohne die Platine im Bereich des Eingriffs des Fräswerkzeugs in das Platinenmaterial gänzlich zu durchtrennen), aus dem Platinenmaterial herausgenommen, wobei selbstverständlich auch andere spanabhebende Bearbeitungsverfahren, Ätzverfahren oder dergleichen möglich sind. Die rinnenartige(n) Ausnehmung(en) kann bzw. können dann gegebenenfalls an ihrem dem Durchgangskanal, welcher in den Ein- bzw. Auslaß der mikrofluidischen Komponente mündet, abgewandten Ende mit einem Anschlußstück, einem Stutzen oder dergleichen versehen werden, um z.B. einen herkömmlichen Schlauch anzubringen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung selbst stellt eine einfache und auch im Rahmen einer Massenproduktion kostengünstig herstellbare Einheit aus mikrofluidischer Komponente einschließlich deren elektrischen und fluidischen Anschlüssen dar, welche auf einfache Weise z.B. in eine Pipette, einen Druckmesser aber auch in andere mikrofluidische Bauteile oder Dosierorgane, eingebaut werden kann.

Wie bereits angesprochen, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante vorgesehen, daß die mikrofluidische Komponente von einer elektrisch betriebenen Komponenten, wie einer Mikropumpe oder einem aktiven Mikroventil, gebildet und über die Leiterbahn mit der zum Betrieb erforderlichen elektrischen Energie versorgt ist.

Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, daß die mikrofluidische Komponente von einer elektrische Energie induzierenden oder detektierenden Komponente, wie einem Drucksensor (Mikrosensor) oder einem passiven Mikroventil, gebildet und die von der mikrofluidischen Komponente induzierte elektrische Energie über die Leiterbahn an eine weitere Einrichtung, wie eine Meß- und/oder Regeleinrichtung oder dergleichen, übertragbar ist.

Sofern eine mikrofluidische Komponente mit sowohl einem Einlaß als auch einem Auslaß, beispielsweise in Form einer Mikropumpe oder eines Mikroventils, vorgesehen ist, so ist zweckmäßig sowohl die Zuleitung als auch die Ableitung von je einem in den jeweiligen Durchgangskanal mündenden Kanal auf der der mikrofluidischen Komponente abgewandten Seite der Platine in Form einer rinnenartigen Ausnehmung gebildet, so daß jegliche Zu- und Abfuhr von Fluid an die bzw. von der mikrofluidischen Komponente über die Platine erfolgt.

Um für eine hohe Inertheit und/oder Korrosionsbeständigkeit zu sorgen, ist in vorteilhafter Ausgestaltung vorgesehen, daß die Platine zumindest im Bereich des Durchgangskanals und der rinnenartigen Ausnehmung mit einem Edelmetall, insbesondere Gold (Au), beschichtet ist. Selbstverständlich kommen je nach Einsatzzweck auch andere Beschichtungsmaterialien, z.B. Kupfer(legierungen), Gold- und/oder Platinlegierungen etc., in Betracht.

Zur Bildung einer geschlossenen Zu- bzw. Ableitung ist die rinnenartige Ausnehmung der Zuleitung und/oder der Ablei tung vorzugsweise mittels einer auf die Platine aufgebrachten Platte verschlossen, welche z.B. auf einfache Weise auf die Seite der Platine, in welcher die rinnenartige Ausnehmung ausgebildet ist, aufgeklebt werden kann. Alternativ können selbstverständlich auch äquivalente Mittel, wie vorzugsweise inerte Kunststoffolien, zum Verschließen der rinnenartigen Ausnehmung auf diese Seite der Platine aufgebracht werden.

In vielen Fällen kann es günstig sein, wenn die Mündung der rinnenartigen Ausnehmung an einer Schmalseite der Platine angeordnet ist, so daß die gesamte Vorrichtung einschließlich ihrer Anschlüsse sehr flach und platzsparend ausgebildet ist und andererseits bei der Herstellung keine weiteren Arbeitsgänge, wie Bohrungen, erforderlich sind, sondern die rinnenartige Ausnehmung lediglich bis zu einem gewünschten Rand der Platine aus dem Platinenmaterial herausgenommen wird, so daß nach Aufbringen einer Platte oder Folie auf diese Seite der Platine ein schmalseitiger Anschluß gebildet ist.

Die mikrofluidische Komponente kann auf die Platine aufgeklebt, aber grundsätzlich auch auf beliebige andere Weise auf diese aufgebracht sein. Als Kleber kann beispielsweise ein flüssiges bzw. viskoses Harz eingesetzt werden, welches nach Aufbringen auf die Platine und Aufdrücken der mikrofluidischen Komponente ausgehärtet wird. Dies kann gegebenenfalls durch bekannte Maßnahmen, wie Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung, z.B. im UV-, IR- oder Mikrowellenbereich, durch Zufuhr von Wärme etc., unterstützt bzw. initiiert werden.

In bevorzugter Ausführung ist insbesondere in Falle eines Aufklebens der mikrofluidischen Komponente auf die Platine vorgesehen, daß die mikrofluidische Komponente auf an der ihr zugewandten Seite der Platine angeordneten Abstandhaltern angeordnet ist, welche einen Zwischenraum für den Klebstoffilm bilden. Die Herstellung der Verbindung der mikrofluidischen Komponente mit der Platine geschieht folglich dadurch, daß auf der zur Anordnung der mikrofluidischen Komponente vorgesehenen Seite der Platine Abstandhalter angeordnet werden, daß auf die Platinenoberfläche zwischen den Abstandhaltern unter Freilassung derselben ein oder mehrere Klebstoffstellen aufgebracht werden, und daß die mikrofluidische Komponente unter Verteilung des Klebstoffes in dem zwischen ihr und der Platinenoberfläche gebildeten Zwischenraum auf die Abstandhalter aufgesetzt und der Klebstoffilm ausgehärtet wird. Auf diese Weise ist eine dauerhafte, flächige Verbindung unter Gewährleistung einer exakt parallelen Ausrichtung der mikrofluidischen Komponente zur Platinenoberfläche sichergestellt, so daß es zu einer fluiddichten Verbindung der Durchgangskanäle in der Platine mit dem Ein- bzw. Auslaß der mikrofluidischen Komponente kommt. Ferner lassen sich einzelne Klebstoffpunkte an einigen wenigen Stellen in einer vorgegebenen Relativposition zueinander anbringen, wobei sich der noch flüssige Kleber beim Andrücken der mikrofluidischen Komponente an die Platine in dem durch die Abstandhalter gebildeten Zwischenraum gleichmäßig verteilen und ausgehärtet werden kann.

Um Leckagen im Bereich des Übergangs der der mikrofluidischen Komponente zugewandten Mündungen der Durchgangskanäle und des Ein- bzw. Auslasses der mikrofluidischen Komponente zuverlässig zu vermeiden, sieht eine bevorzugte Ausgestaltung vor, daß die Durchgangskänale auf ihrer der mikrofluidischen Komponente zugewandten Seite der Platine von einem ringförmigen Vorsprung mit einer der Dicke der Abstandhalter etwa entsprechenden Dicke umgeben sind, so daß die ringförmigen Vorsprünge an die Ein- bzw. Auslässe der mi krofluidischen Komponente fluiddicht anstoßen. Zu diesem Zweck werden die Durchgangskänale auf der zur Anordnung der mikrofluidischen Komponente vorgesehenen Seite der Platine vor dem Aufbringen derselben mit einem ringförmigen Vorsprung mit einer der Dicke der Abstandhalter etwa entsprechenden Dicke umgeben. Dabei kann die Ausbildung der Abstandhalter und/oder der etwa stutzenförmigen Vorsprünge durch Aufbringen separater Elemente auf die Platinenoberfläche oder auch durch teilweisen Abtrag des Platinenmaterials zwischen den Abstandhaltern/Vorsprüngen geschehen, so daß letztere einstückig mit der Platine ausgebildet sind.

Die Erfindung gibt insbesondere auch die Möglichkeit, mehrere mikrofluidische Komponenten auf ein und derselben Platine anzuordnen. So lassen sieh z.B. im Falle des Einsatzes von mikrofluidischen Komponenten in Form von Mikro(membran)pumpen Pumpenaggregate bilden, deren Pumpen vorzugsweise einzeln über die Leiterbahnen der Platine elektrisch ansteuerbar sind. Eine solche Ausgestaltung der Vorrichtung mit zwei Pumpen bietet sich beispielsweise für eine Pipettiervorrichtung an, bei welcher dem Pipettierkanal zwei Mikropumpen zugeordnet sind, wobei ein saugseitiger Anschluß der einen Mikropumpe saugseitig mit dem Pipettierkanal in Verbindung steht, während der druckseitige Anschluß der anderen Mikropumpe druckseitig mit dem Pipettierkanal in Verbindung steht, wie es bei der eingangs zitierten EP 0 993 869 B1 der Fall ist. Ferner bietet sich eine solche Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit mehreren Pumpen z.B. für eine Pipettiervorrichtung an, welche eine Mehrzahl an in Reihen oder in Spalten oder matrixartig in Reihen und Spalten angeordneter Pipettierkanäle aufweist, wobei auf ein und derselben Platine angeordnete Pumpenaggregate für einzelne Reihen, Spalten, Gruppen oder auch für alle Pipettierkanäle einer derartigen Mehrkanalpipette vorgesehen sein können, unanhängig davon, ob jedem Pipettier kanal nur eine einzige Mikropumpe oder ein Mikropumpenpaar zugeordnet sein soll. Andererseits kann es beispielsweise auch von Vorteil sein, mehrere mikrofluidischen Komponenten in Form von Mikrosensoren auf ein und derselben Platine anzuordnen, sofern z.B. die Drucke mehrerer Fluidvolumina oder ein Druckverlauf gemessen oder auch aus sicherheitstechnischen Gründen eine Mehrfachmessung durchgeführt werden soll.

Trägt ein und dieselbe Komponente mehrere mikrofluidische Komponenten, insbesondere Mikropumpen, so kann in Weiterbildung vorgesehen sein, daß wenigstens zwei Mikropumpen materialschlüssig miteinander verbunden sind. Auf diese Weise läßt sich die Mehrzahl an Mikropumpen im vorgesehenen Abstand voneinander gemeinsam kostengünstig herstellen, indem nach Ausbildung der die Pumpen bildenden Mikrostrukturen an den eingesetzten Scheibchen oder Plättchen (z.B. Slilicium-Wafern) durch bekannte mikrotechnische Materialformgebung, wie Formätzen, Fotolitografie, thermische Oxidation etc., kein einzelner Trennvorgang für jede Pumpe durchgeführt werden muß, sondern für eine Gruppe von Pumpen gemeinsam durchgeführt werden kann. Das gesamte Pumpenaggregat kann dann unter Anschluß der elektrischen Bauteile, z.B. piezoelektrischer Aktoren, an die Leiterbahnen und unter fluidischer Verbindung der in die Pumpenkammer mündenden Ein- und Auslässe mit den Durchgangskanälen der Platine auf diese aufgebracht werden.

Sind mehrere mikrofluidische Komponenten auf einer einzigen Platine vorgesehen, so ist es ferner denkbar, daß der Einlaß und/oder der Auslaß zumindest einiger mikrofluidischer Komponenten mit einer gemeinsamen Zuleitung bzw. Ableitung in Verbindung stehen, d.h. die rinnenartigen Ausnehmung kann mit in verschiedene Durchgangskanäle mündenden Abzweigungen versehen sein, so daß die Ein- und/oder Auslässe von zwei oder mehreren mikrofluidischen Komponenten über diese Durchgangskanäle in eine gemeinsame Zu- und/oder Ableitung münden. Eine solche Ausgestaltung kann z.B. für Mehrkanalpipetten, von welchen mehrere Pipettierkanäle dasselbe Dosiervolumen fördern sollen, oder auch im Falle von Ein- oder Mehrkanalpipetten mit einem jeden Pipettierkanal zugeordneten Mikropumpenpaar vorgesehen sein.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Förderung von Fluiden mit zwei mikrofluidischen Komponenten in Form von Mikropumpen;
2 eine der 1 entsprechende Ansicht mit durchsichtig dargestellten Komponenten zur Veranschaulichung des fluidischen Anschlusses der Mikropumpen;
3 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß 1 und 2 mit durchsichtig dargestellten Komponenten;
4 eine Seitenansicht auf die Vorrichtung gemäß 1 bis 3 mit durchsichtig dargestellten Komponenten;
5 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung gemäß 1 bis 4 in Explosionsdarstellung schräg von oben betrachtet; und
6 eine der 5 entsprechende Ansicht schräg von unten betrachtet.
In 1 bis 4 ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zur – aktiven – Förderung von Fluiden in verschiedenen Ansichten dargestellt. Die Vorrichtung ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel mit zwei von jeweils einer Mikropumpe bzw. einer Mikromembranpumpe gebildeten, elektrisch betriebenen, mikrofluidischen Komponenten 2 ausgestattet und bietet sich beispielsweise als Pumpenmodul für eine Pipettiervorrichtung mit einem oder mehreren Pipettierkanälen an, bei welcher jedem Pipettierkanal zwei Mikropumpen zugeordnet sind und ein saugseitiger Anschluß der einen Mikropumpe saugseitig mit dem Pipettierkanal in Verbindung steht, während der druckseitige Anschluß der anderen Mikropumpe druckseitig mit dem Pipettierkanal in Verbindung steht, wie es aus der EP 0 993 869 B1 bekannt ist, deren Offenbarungsgehalt hiermit zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht wird. Die Mikropumpen 2 können alternativ auch einstückig, z.B. aus gemeinsamen Silicium-Wafern, ausgebildet sein (nicht gezeigt). In 5 und 6 ist die Vorrichtung jeweils nochmals schematisch in einer Explosionsdarstellung wiedergegeben.
Die von Mikropumpen 2 gebildeten mikrofluidischen Komponenten weisen an ihrer Unterseite jeweils einen in eine Pumpenkammer mündenen Einlaß 3 (Saugseite) und Auslaß 4 (Druckseite) auf, wie er lediglich in 6 schematisch angedeutet ist. Auf ihrer dem Ein- 3 und Auslaß 4 entgegengesetzten Seite sind die Mikropumpen 2 mit einem z.B. piezoelektrischen Aktor (nicht dargestellt) ausgestattet, welcher mit der Siliciummembran zusammenwirkt und z.B. unmittelbar auf dieser aufsitzt, um sie in Schwingungen zu versetzen und auf diese Weise Fluid durch die Pumpenkammer hindurch zu fördern. Die Mikropumpen 2 sind unmittelbar auf einem Träger in Form einer Platine 5 angeordnet, z.B. auf dieser aufgeklebt, welche mit einer Mehrzahl an Leiterbahnen 6 ausgestattet ist, um sie mit der zu ihrem Betrieb erforderlichen elektrischen Energie zu versorgen. Die Leiterbahnen 6 gehen von randseitig an der Platine 7 angeordneten Kontaktplättchen 7 (z.B. je einem separaten Phasenanschluß für jede Mikropumpe 2 und einem gemeinsamen Nulleiter) aus, um die Mikropumpen 2 zu kontaktieren. Die Platine 5 besteht zweckmäßig aus einem bekannten Platinenmaterial aus mit Kunstharz imprägnierten Papier/Kartonverbund und ist oberflächig mit einer dünnen Beschichtung aus Blattgold versehen, um ihr eine hohe chemische Inertheit und Korrosionsbeständigkeit zu verleihen.
Wie insbesondere aus 2, 3 und 6 ersichtlich ist, weist die Platine 5 Durchgangskanäle 8 auf, welche jeweils mit dem Auslaß 3 und dem Einlaß 4 einer jedem Mikropumpe 2 fluchten und die Platine 5 z.B. etwa senkrecht zu ihrer Oberfläche durchsetzen. An ihrer den Mikropumpen 2 abgewandten Seite ist die Platine 5 mit einer Zuleitung 9 für die Durchgangskanäle 8 der Einlässe 3 und mit einer Ableitung 10 für die Durchgangskanäle 8 der Auslässe 4 versehen, wobei die Zuleitung 9 wie auch die Ableitung 10 von je einer rinnenförmigen Ausnehmung 11 gebildet sind, welche z.B. durch Ausfräsen eines Teils des Platinenmaterials aus der Unterseite der Platine 5 erhalten worden sind. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel verzweigen sich sowohl die rinnenartige Ausnehmung 11 der Zuleitung 9 als auch die der Ableitung 10, um die beiden Ein-/Auslässe 3, 4 der Mikropumpen mit einem gemeinsamen fluidischen Anschluß zu versehen. Die rinnenartigen Ausnehmungen münden in einem Randbereich der Platine 5 und sind von einer Platte 12 verschlossen, welche z.B. auf die den Mikropumpen 2 abgewandte Seite der Platine 5 auf diese aufgeklebt ist. Die zwischen der Platine 5 und der Platte 12 mündende Zu- 9 und Ableitung 10 ist somit von der Schmalseite der Platine 5 her unmittelbar oder mittels eines Schlauches oder dergleichen z.B. an einen Pipettierkanal (nicht gezeigt) anschließbar.
Wie insbesondere den 2, 3 und 5 zu entnehmen ist, sind die Mikropumpen 2 auf von der Oberfläche der Platine 5 geringfügig vorstehenden Abstandhaltern 13 angebracht, wobei beim vorliegenden Ausführungsbeispiel jede Mikropumpe 2 auf vier, jeweils im Bereich ihrer Ecken vorgesehenen Abstandhaltern 13 aufsitzt. Dadurch ist zwischen der Platine 5 und einer jeden Mikropumpe 2 ein kleiner Zwischenraum gebildet, welcher zur Aufnahme eines Klebstoffilms zur dauerhaften Verbindung der Mikropumpen 2 mit der Platine 5 dient. Entsprechend sind die Durchgangskanäle 8 auf ihrer den Mikropumpen 2 zugewandten Seite mit je einem von der Oberfläche der Platine 5 geringfügig vorstehenden – hier etwa rechteckförmigen – Vorsprung 14 mit einer der Dicke der Abstandhalter 13 entsprechenden Dicke umgeben, so daß eine fluiddichte Verbindung der Ein- 3 und Auslässe 4 der Mikropumpen 2 (vgl. 6) mit den Durchgangskanälen 8 durch die Platine 5 hindurch sichergestellt ist.

Claims

Vorrichtung (1) zur aktiven und/oder passiven Förderung von Fluiden mit – wenigstens einer mikrofluidischen Komponente (2) mit wenigstens einem Einlaß (3) und gegebenenfalls mit wenigstens einem Auslaß (4); – wenigstens einer mit der mikrofluidischen Komponente (2) in elektrisch leitender Verbindung stehenden Leiterbahn (6); und – einem Träger, auf welchem die mikrofluidische Komponente (2) festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger von einer die Leiterbahn (6) umfassenden Platine (5) gebildet ist, welche einen mit dem Einlaß (3) und gegebenenfalls einen mit dem Auslaß (4) der mikrofluidischen Komponente (2) fluchtenden Durchgangskanal (8) aufweist, und daß wenigstens eine Zuleitung (9) für den Einlaß (3) und/oder wenigstens eine Ableitung (10) für den Auslaß (4) von einem in den Durchgangskanal (8) mündenden Kanal gebildet ist, wobei der Kanal auf der der mikro fluidischen Komponente (2) abgewandten Seite der Platine (5) in Form von je einer rinnenartigen Ausnehmung (11) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mikrofluidische Komponente (2) von einer elektrisch betriebenen Komponenten, wie einer Mikropumpe oder einem aktiven Mikroventil, gebildet und über die Leiterbahn (6) mit der zum Betrieb erforderlichen elektrischen Energie versorgt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mikrofluidische Komponente (2) von einer elektrische Energie induzierenden oder detektierenden Komponente, wie einem Drucksensor oder einem passiven Mikroventil, gebildet und die von der mikrofluidischen Komponente induzierte elektrische Energie über die Leiterbahn (6) an eine weitere Einrichtung, wie eine Meßeinrichtung, übertragbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Zuleitung (9) als auch die Ableitung (10) von je einem in den jeweiligen Durchgangskanal (8) mündenden Kanal auf der der mikrofluidischen Komponente (2) abgewandten Seite der Platine (5) in Form einer rinnenartigen Ausnehmung (11) gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platine (5) zumindest im Bereich des Durchgangskanals (8) und der rinnenartigen Ausnehmung (11) mit einem Edelmetall, insbesondere Gold (Au), beschichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die rinnenartige Ausnehmung (11) der Zuleitung (9) und/oder der Ableitung (10) mittels einer auf die Platine (5) aufgebrachten Platte (12) verschlossen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung der rinnenartigen Ausnehmung (11) an einer Schmalseite der Platine (5) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mikrofluidische Komponente (2) auf die Platine (5) aufgeklebt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mikrofluidische Komponente (2) auf an der ihr zugewandten Seite der Platine (5) angeordneten Abstandhaltern (13) angeordnet ist, welche einen Zwischenraum, insbesondere für einen Klebstoffilm, bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangskänale (8) auf ihrer der mikrofluidischen Komponente (2) zugewandten Seite der Platine (5) von einem ringförmigen Vorsprung (14) mit einer der Dicke der Abstandhalter (13) etwa entsprechenden Dicke umgeben sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere mikrofluidische Komponenten (2) auf ein und derselben Platine (5) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige der mikrofluidischen Komponenten (2) von Mikropumpen gebildet sind, wobei wenigstens zwei Mikropumpen materialschlüssig miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (3) und/oder der Auslaß (4) zumindest einiger mikrofluidischer Komponenten (2) mit einer gemeinsamen Zuleitung (9) bzw. Ableitung (10) in Verbindung stehen.
Pipettiervorrichtung mit wenigstens einem Pipettierkanal und mit wenigstens einer mit dem Pipettierkanal wirkverbundenen Mikropumpe zum dosierten Ansaugen und Abgeben von Flüssigkeit, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4 bis 13, wobei die mikrofluidische Komponente (2) von einer Mikropumpe gebildet ist.
Pipettiervorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß dem Pipettierkanal zwei Mikropumpen zugeordnet sind, wobei ein saugseitiger Anschluß der einen Mikropumpe saugseitig mit dem Pipettierkanal in Verbindung steht, während der druckseitige Anschluß der anderen Mikropumpe druckseitig mit dem Pipettierkanal in Verbindung steht.
Pipettiervorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Mehrzahl an in Reihen oder in Spalten oder matrixartig in Reihen und Spalten angeordneter Pipettierkanäle aufweist.
Druckmeßvorrichtung mit wenigstens einem Meßkanal und mit wenigstens einem mit dem Meßkanal wirkverbundenen Drucksensor zum Erfassen des in dem Meßkanal herrschenden Druckes, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 11, wobei die mikrofluidische Komponente (2) von einem Drucksensor gebildet ist
Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung (1) zur aktiven und/oder passiven Förderung von Fluiden mit – wenigstens einer mikrofluidischen Komponente (2) mit wenigstens einem Einlaß (3) und gegebenenfalls mit wenigstens einem Auslaß (4); – wenigstens einer mit der mikrofluidischen Komponente (2) in elektrisch leitender Verbindung stehenden Leiterbahn (6); und – einem Träger, auf welchem die mikrofluidische Komponente (2) festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger eine die Leiterbahn (6) umfassende Platine (5) verwendet wird, daß die Platine (5) mit wenigstens einem, gegebenenfalls wenigstens zwei Durchgangskanälen (8) versehen wird, wobei der Abstand der Durchgangskanäle (8) gemäß dem Abstand des Einlasses (3) und des Auslasses (4) der mikrofluidischen Komponente (2) gewählt wird, daß auf der der zum Aufbringen der mikrofluidischen Komponente (2) vorgesehenen Seite abgewandten Seite der Platine (5) wenigstens eine Zuleitung (9) für den Einlaß (3) und/oder wenigstens eine Ableitung (10) für den Auslaß (4) ausgebildet wird, indem in dem Platinenmaterial je ein in den Durchgangskanal (8) mündender Kanal in Form einer rinnenartigen Ausnehmung (11) ausgebildet, insbesondere in dieses eingefräst, wird, und daß die mikrofluidische Komponente (2) unter Gewährleitung einer elektrisch leitenden Verbindung mit der Leiterbahn (6) sowie einer fluidischen Verbindung mit dem bzw. den Durchgangskanälen (8) auf die der rinnenartigen Ausnehmung (11) abge wandte Seite der Platine (5) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrisch betriebene, mikrofluidische Komponente, wie eine Mikropumpe oder ein aktives Mikroventil, eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Energie induzierende oder detektierende, mikrofluidische Komponenten, wie ein Drucksensor oder ein passives Mikroventil, eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl ein als Zuleitung (9) als auch ein als Ableitung (10) dienender, in den jeweiligen Durchgangskanal (8) mündender Kanal in Form einer rinnenartigen Ausnehmung (11) in die Platine (5) eingefräst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Platine (5) zumindest im Bereich des Durchgangskanals (8) und der rinnenartigen Ausnehmung (11) mit einem Edelmetall, insbesondere Gold (Au), beschichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die rinnenartige Ausnehmung (11) der Zuleitung (9) und/oder der Ableitung (10) mittels einer auf die Platine (5) aufgebrachten Platte (12), insbesondere durch Aufkleben der Platte (12) auf die Platine (5), verschlossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung der rinnenartigen Ausnehmung (11) an einer Schmalseite der Platine (5) ange ordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die mikrofluidische Komponente (2) auf die Platine (5) aufgeklebt wird.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß auf der zur Anordnung der mikrofluidischen Komponente (2) vorgesehenen Seite der Platine (5) Abstandhalter (13) angeordnet werden, daß auf die Platinenoberfläche zwischen den Abstandhaltern (13) unter Freilassung derselben ein oder mehrere Klebstoffstellen aufgebracht werden, und daß die mikrofluidische Komponente (2) unter Verteilung des Klebstoffes in dem zwischen ihr und der Platinenoberfläche gebildeten Zwischenraum auf die Abstandhalter (13) aufgesetzt und der Klebstoffilm ausgehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangskänale (8) auf der zur Anordnung der mikrofluidischen Komponente (2) vorgesehenen Seite der Platine (5) mit einem ringförmigen Vorsprung (14) mit einer der Dicke der Abstandhalter (13) etwa entsprechenden Dicke umgeben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere mikrofluidische Komponenten (2) auf ein und derselben Platine (5) angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest für einige der mikrofluidischen Komponenten (2) Mikropumpen eingesetzt werden, wobei zumindest ein Pumpenaggregat mit wenigstens zwei materialschlüssig miteinander verbundenen Mikropumpen (2) eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß in die Platine (5) wenigstens eine Zuleitung (9) und/oder wenigstens eine Ableitung (10) eingefräst wird, welche mit wenigstens zwei, jeweils mit dem Einlaß (3) bzw. mit dem Auslaß (4) von wenigstens zwei mikrofluidischen Komponenten (2) verbindbaren Durchgangskanälen (8) in Verbindung stehen.