DE102005008224B3

DE102005008224B3 - Vorrichtung und Verfahren zur automatischen Betätigung einer mikrofluidischen Einrichtung

Info

Publication number: DE102005008224B3
Application number: DE200510008224
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dr. Schülein; Björn Dr. Graßl; Jürgen Dr. Krause; Roland Dr. Barten; Dirk Dr. Kuhlmeier; Markus Dr. Neugebauer
Original assignee: Directif GmbH
Current assignee: Progen Biotechnik GmbH
Priority date: 2005-02-23
Filing date: 2005-02-23
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2025-02-24
Also published as: WO2006089694A8; WO2006089694A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Betätigung einer mikrofluidischen Einrichtung DOLLAR A mit einer Betätigungseinrichtung (S1, S2, S3, S4, R1, R2, R3, R4, 23) zum Betätigen zumindest eines an der mikrofluidischen Einrichtung (2, 17) vorgesehenen Funktionselements (9, 20), DOLLAR A einer Krafterfassungseinrichtung (5) zur Erfassung einer auf die mikrofluidische Einrichtung (2, 17) mit der Betätigungseinrichtung (S1, S2, S3, S4, R1, R2, R3, R4, 23) ausgeübten Kraft und DOLLAR A eine mit der Krafterfassungseinrichtung (5) verbundene Steuereinrichtung (22) zur Steuerung der Betätigungseinrichtung (S1, S2, S3, S4, R1, R2, R3, R4, 23) in Abhängigkeit der von der Krafterfassungseinrichtung (5) gelieferten Signale.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur automatischen Betätigung einer mikrofluidischen Einrichtung.

Nach dem Stand der Technik sind beispielsweise aus der US 5,229,297 mikrofluidische Einrichtungen zur Durchführung von Aufreinigungs- und Nachweisverfahren im Bereich der Biochemie bekannt. Derartige mikrofluidische Einrichtungen umfassen ein mikrofluidisches System mit Kanälen und Reaktionskammern. Zur Durchführung des Nachweises, beispielsweise einer DNA, wird die Probenflüssigkeit aus einer Vorratskammer in das mikrofluidische System gepumpt und dort aufeinander folgend mit verschiedenen Reagenzien in Kontakt gebracht. Ein sich ergebendes aufgereinigtes Reaktionsprodukt kann anschließend in einer Reaktionskammer beispielsweise mittels PCR amplifiziert werden. Das amplifizierte Reaktionsprodukt kann dann mittels gängiger Nachweisverfahren nachgewiesen werden.

In der Praxis haben sich derartige mikrofluidische Einrichtungen bisher noch nicht durchsetzten können. Sie sind kompliziert zu bedienen und störanfällig. Bei einer Fehlbedienung oder Störung muss die mikrofluidische Einrichtung in der Regel verworfen werden. Das verursacht Kosten sowie einen erneuten Zeitaufwand zur Wiederholung des Aufreinigungs- oder Nachweisverfahrens.

Aus der WO 2005/002729 A1 ist eine mikrofluidische Einrichtung zur Bearbeitung von Molekülen bekannt. Die Einrichtung weist einen Kanal zur Beförderung einer Probe auf. Am Kanal sind mindestens zwei Anschlussstücke zum Anschließen zweier Einwegbehälter vorgesehen. Jeder Einwegbehälter hat einen Zy linder mit einem darin verschiebbaren Kolben. An einem dem Kolben gegenüberliegenden ersten Ende des Zylinders ist ein Anschluss vorgesehen. Der Einwegbehälter ist mit dem daran vorgesehenen Anschluss jeweils an einem der Anschlussstücke angeschlossen. Durch Verschieben eines Kolbens kann Flüssigkeit durch den Kanal befördert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es sollen insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren angegeben werden, mit denen eine erleichterte Bedienung einer mikrofluidischen Einrichtung möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 19 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 18 und 20 bis 36.

Nach Maßgabe der Erfindung wird eine Vorrichtung zur automatischen Betätigung einer mikrofluidischen Einrichtung vorgeschlagen
mit einer Betätigungseinrichtung mit Mitteln zum Betätigen zumindest eines an der mikrofluidischen Einrichtung vorgesehenen Funktionselements,
einer Krafterfassungseinrichtung mit Mitteln zur Erfassung einer auf die mikrofluidische Einrichtung mit der Betätigungseinrichtung ausgeübten Kraft und
eine mit der Krafterfassungseinrichtung verbundene Steuereinrichtung mit Mitteln zur Steuerung der Betätigungseinrichtung in Abhängigkeit der von der Krafterfassungseinrichtung gelieferten Signale.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter einer "mikrofluidischen Einrichtung" eine Einheit verstanden, in der ein biochemisches Aufreinigungs-, Analyse- und/oder Nachweisverfahren durchführbar ist. In dieser Einheit können vorgegebene Verfahrensschritte durchgeführt werden, bei denen eine ein aufzureinigendes und/oder nachzuweisendes Biopolymer enthaltende Probenflüssigkeit mit verschiedenen Reagenzien, beispielsweise Puffer- oder Waschlösungen, in Kontakt gebracht wird.

Mit der vorgeschlagenen Vorrichtung ist eine besonders einfache Bedienung einer mikrofluidischen Einrichtung möglich. Die Bedienung kann mit der vorgeschlagenen Vorrichtung automati siert erfolgen. Dazu wird die von einer Betätigungseinrichtung auf Funktionselemente der mikrofluidischen Einrichtung ausgeübte Kraft mittels einer Krafterfassungseinrichtung erfasst. Mit der Steuereinrichtung ist es möglich, die Funktionselemente der mikrofluidischen Einrichtung exakt zu betätigen, so dass eine Beschädigung der mikrofluidischen Einrichtung ausgeschlossen ist. Falls als mikrofluidische Einrichtungen Einwegeinrichtungen verwendet werden, können eventuell geringfügig abweichende Geometrien der Funktionselemente erkannt werden. Die vorgeschlagene Kraftsteuerung der Betätigungseinrichtung ermöglicht auch in diesem Fall eine exakte Betätigung der Funktionselemente. Mit der Krafterfassungseinrichtung kann insbesondere ein Endpunkt bei der Betätigung eines Funktionselements erkannt werden. Es kann sofort eine weitere Bewegung der Betätigungseinrichtung unterbunden werden. Damit ist sichergestellt, dass die Bewegungen der Funktionselemente stets vollständig bzw. in einem vorgegebenen Umfang ausgeführt werden. Abgesehen davon, ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung sofort das Erkennen einer Störung. Es ist möglich, das Vorliegen einer Störung einem Benutzer anzuzeigen.

Als Steuereinrichtung wird zweckmäßigerweise eine mittels eines Prozessrechners gesteuerte Elektronik bzw. ein Computer verwendet. Das ermöglicht eine programmgesteuerte Betätigung der Funktionselemente. Die zur Betätigung der Funktionselemente auf die mikrofluidische Einrichtung ausgeübte Kraft kann damit nicht nur gesteuert, sondern zweckmäßigerweise auch geregelt werden.

Mit den von der Krafterfassungseinrichtung gelieferten Signalen kann außerdem erkannt werden, ob mittels der Betätigungseinrichtung die mikrofluidische Einrichtung ordnungsgemäß betätigt wird. Dazu können die mit der Krafterfassungseinrichtung aufgenommenen Kraftprofile mit in der Steuereinrichtung gespeicherten Kraftprofilen verglichen werden. Bei einer signifikanten Abweichung der gemessenen Kraftprofile kann eine weitere Betätigung der mikrofluidischen Einrichtung unterbrochen und ein Störungssignal ausgegeben werden.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die mikrofluidische Einrichtung, vorzugsweise lösbar, in einer Aufnahmeeinrichtung aufgenommen ist. Bei der mikrofluidischen Einrichtung kann es sich beispielsweise um eine Einwegeinrichtung handeln, welche in die Vorrichtung eingesetzt wird. Nach der Betätigung der Funktionselemente gemäß eines vorgegebenen Steuerungsprogramms und der Beendigung des Aufreinigungs- und/oder Nachweisverfahrens kann die mikrofluidische Einrichtung wieder aus der Vorrichtung entnommen und ggf. verworfen werden.

Die mikrofluidische Einrichtung kann mindestens eine Kammer mit einem darin verschiebbar geführten Kolben umfassen. Besonders zweckmäßig ist es, dass jeweils eine Kammer zusammen mit einem darin verschiebbar geführten Kolben als Patrone ausgeführt ist. In diesem Fall weist die mikrofluidische Einrichtung eine weitere Aufnahmeeinrichtung zum Einstecken der Patrone auf. Damit ist es möglich, eine mikrofluidische Einrichtung ein und derselben Bauart je nach Anforderungsprofil mit unterschiedlichen Reagenzien zu bestücken.

Des Weiteren kann die mikrofluidische Einrichtung mindestens ein Ventil umfassen. Der Kolben und/oder das Ventil können das/die Funktionselement/e bilden. Die Betätigungseinrichtung zur Betätigung der Funktionselemente kann ein mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigbares Betätigungselement umfassen. Es kann sich dabei zweckmäßigerweise um einen Stößel handeln. Mit dem Stößel kann beispielsweise der Kolben in der Kammer verschoben werden, so dass sich deren Volumen verringert und damit eine darin aufgenommene fließfähige Probe und/oder ein fließfähiges Reagenz aus der Kammer herausgedrückt wird. Ferner kann ein geeignet ausgeführtes Ventil durch Druck mit einem Stößel geschlossen oder geöffnet werden. Dazu kann beispielsweise mit dem Stößel ein Verschlusselement zum Verschließen eines Kanals niedergedrückt und damit der Kanal verschlossen werden. Durch Zurückziehen des Stößels wird das Verschlusselement, beispielsweise eine elastische Membran, selbsttätig wieder geöffnet. Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Krafterfassungseinrichtung zumindest einen Kraftaufnehmer bzw. Kraftsensor umfasst. Der Kraftaufnehmer kann beispielsweise ein Dehnungsmessstreifen-Kraftaufnehmer (DMS-Kraftaufnehmer), ein piezoelektrischer Kraftaufnehmer, magnetoelastischer Kraftaufnehmer oder induktiver Kraftaufnehmer sein.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Kraftaufnehmer an der Aufnahmeeinrichtung vorgesehen ist. Die Aufnahmeeinrichtung kann beispielsweise einen plattenförmigen Träger zum Aufsetzen der mikrofluidischen Einrichtung aufweisen. Gegenüberliegend dem Träger können die als Stößel ausgeführten Betätitungselemente der Betätigungseinrichtung angeordnet sein. In diesem Fall ist der Kraftaufnehmer beispielsweise so auf dem Träger angebracht, dass beim Einsetzen der mikrofluidischen Einrichtung diese über den Kraftaufnehmer auf dem Träger abgestützt ist. Eine auf die mikrofluidische Einrichtung ausgeübte Kraft kann damit ermittelt werden.

Bei der Aufnahmeeinrichtung kann es sich auch um ein korrespondierend zur Form der mikrofluidischen Einrichtung ausgebildetes Fach bzw. einen Einschubschacht handeln. Damit kann vorteilhafterweise ein seitliches Ausweichen der mikrofluidischen Einrichtung bei Ausübung einer Kraft mittels der Betätigungselemente vermieden werden. In diesem Fall kann es aber dazu kommen, dass die mikrofluidische Einrichtung bei Ausübung einer Kraft in der Aufnahmeeinrichtung verkantet und damit die auf die mikrofluidische Einrichtung ausgeübte Kraft nicht mehr exakt messbar ist. Um diesem Nachteil entgegenzuwirken, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dass der Kraftaufnehmer mittels eines elastischen Elements an der Aufnahmeeinrichtung abgestützt ist. In diesem Zusammenhang ist es auch vorteilhaft, dass die mikrofluidische Einrichtung mittels eines weiteren elastischen Elements gegen den Kraftaufnehmer abgestützt ist. Bei den elastischen Elementen handelt es sich zweckmäßigerweise um Federn, deren Federkonstante so gewählt ist, dass bei einem ordnungsgemäßen Betrieb der Betätigungselemente eine nur unwesentliche Längenänderung auftritt. Insbesondere zur Dämpfung von Schwingungen können als elastische Elemente auch Elastomere verwendet werden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist die Einrichtung zur Aufnahme beweglich mit dem Kraftaufnehmer verbunden. Bei der Einrichtung zur Aufnahme kann es sich beispielsweise um ein schwenkbar gelagerte Platte handeln. Auch damit kann ein Verkanten der in der Aufnahmeeinrichtung aufgenommenen mikrofluidischen Einrichtung vermieden werden. In diesem Zusammenhang kann die Aufnahmeeinrichtung auch beweglich mit dem Kraftaufnehmer verbunden sein.

Nach einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Krafterfassungseinrichtung mehrere Kraftaufnehmer. Es können beispielsweise zwei, vier oder sechs Kraftaufnehmer auf einem Träger vorgesehen sein, auf dem die mikrofluidische Einrichtung flächig abgestützt wird. Das ermöglicht eine ortsaufgelöste Erfassung der auf die mikrofluidische Einrichtung wirkenden Kraft und damit eine besonders exakte Steuerung und/oder Regelung der Bewegungen der Betätigungselemente.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen gespeicherter Kraftprofile mit gemessenen Kraftprofilen aufweist. Das ermöglicht eine rasche Erkennung von Störungen, beispielsweise einer Verstopfung von Kanälen in der mikrofluidischen Einrichtung. Vorteilhafterweise weist die Steuereinrichtung eine Unterbrechungseinrichtung zum Unterbrechen des Betriebs der Betätigungseinrichtung in Abhängigkeit eines von der Vergleichseinrichtung ermittelten Übereinstimmungsgrads auf. Mit der Unterbrechungseinrichtung kann bei einem zu geringen Übereinstimmungsgrad sofort eine Unterbrechung des weiteren Betriebs der Betätigungseinrichtung erfolgen und ein Warnhinweis an den Benutzer ausgegeben werden.

Mit der vorgeschlagenen Vorrichtung können die Bewegungen der Bewegungselemente der Betätigungseinrichtung nicht nur gesteuert, sondern auch in Abhängigkeit der gemessenen Kraft geregelt werden. Eine solche Regelung trägt weiter zu einer besonders präzisen Verfahrensführung bei.

Nach weiterer Maßgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur automatischen Betätigung einer mikrofluidischen Einrichtung mit folgenden Schritten vorgesehen:
Betätigen zumindest eines an der mikrofluidischen Einrichtung vorgesehenen Funktionselements mittels einer Betätigungseinrichtung,
Erfassung einer auf die mikrofluidische Einrichtung mit der Betätigungseinrichtung ausgeübten Kraft mittels einer Krafterfassungseinrichtung und
Steuerung der Betätigungseinrichtung in Abhängigkeit der von der Krafterfassungseinrichtung gelieferten Signale mittels einer mit der Krafterfassungseinrichtung verbundenen Steuereinrichtung.

Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht eine automatische, sichere und zuverlässige Betätigung einer mikrofluidischen Einrichtung. Dabei wird die Betätigungseinrichtung gesteuert durch die auf die mikrofluidische Einrichtung ausgeübte Kraft.

Die vorteilhaften Ausgestaltungsmerkmale der Vorrichtung sind sinngemäß auch für das Verfahren gültig. Es wird insoweit Bezug auf die vorhergehenden Ausführungen genommen.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 schematisch eine erste mikrofluidische Einrichtung sowie eine erste Aufnahmeeinrichtung,

2 schematisch den Kraftverlauf beim Einsetzen der ersten mikrofluidischen Einrichtung in die erste Aufnahmeeinrichtung,

3 die mikrofluidische Einrichtung gemäß 2 mit einer Betätigungseinrichtung,

4a – c schematische Kraftverläufe beim Betätigen der Stößel der Betätigungseinrichtung,

5 verschiedene Stadien beim Bewegen eines Kolbens in einer Kammer,

6 schematisch den in den Stadien gemäß 5 beobachtbaren Kraftverlauf,

7 gemessene Kraftverläufe,

8 schematisch eine zweite Aufnahmeeinrichtung,

9 schematisch eine dritte Aufnahmeeinrichtung und

10 eine zweite mikrofluidische Einrichtung mit einer Betätigungseinrichtung.

1 zeigt schematisch eine Aufnahmeeinrichtung 1 zur Aufnahme einer allgemein mit dem Bezugszeichen 2 bezeichneten mikrofluidischen Einrichtung. Die Aufnahmeeinrichtung 1 ist in Form eines Einschubschachts ausgebildet, der durch Seitenwände 3 und einen Boden bzw. einen Träger 4 begrenzt ist. An einer dem Einschubschacht zugewandten oberen Seite des Trägers 4 sind zwei Kraftaufnehmer 5 angebracht. Es kann sich dabei um piezoelektrische oder resistive Bauelemente handeln.
Die mikrofluidische Einrichtung 2 umfasst eine weitere Aufnahmeeinrichtung 6 mit mehreren zylindrischen Ausnehmungen 7, in welche Patronen 8 eingesteckt sind. Jede der Patronen 8 weist an ihrem einen Ende einen verschiebbaren Kolben 9 und an ihrem anderen Ende eine mit einem Verschlussmittel 10, beispielsweise einer Kugel, verschlossene Öffnung 11 auf.
2 zeigt in willkürlichen Einheiten schematisch das von den Kraftaufnehmern 5 beim Einstecken der mikrofluidischen Einrichtung 2 in die Aufnahmeeinrichtung 1 gelieferte Signal. Die damit angezeigte Kraft entspricht im Wesentlichen der Gewichtskraft der mikrofluidischen Einrichtung 2 oder auch der Gewichtskraft und einer zusätzlichen Spannkraft, mit der die mikrofluidische Einrichtung 2 in der Aufnahmeeinrichtung 1 gehalten wird.
In 3 ist die mikrofluidische Einrichtung 2 in die Aufnahmeeinrichtung 1 eingesteckt. Die mikrofluidische Einrichtung 2 liegt mit ihrem Boden 12 auf den Kraftaufnehmern 5 auf. Mit den Bezugszeichen S1, S2, S3 sind im Wesentlichen senkrecht zur Trägerplatte 4 bewegbare Stößel bezeichnet. Die Stößel S1, S2, S3 sind Bestandteil einer hier nicht näher dargestellten Betätigungseinrichtung. Sie können mit der Betätigungseinrichtung individuell gemäß einem vorgegebenen Programm hin und her bewegt werden. Die Bewegungen der Stößel S1, S2, S3 können mechanisch, beispielsweise mittels Gewindespindeln, hydraulisch oder pneumatisch erzeugt werden.
Die 4a bis c zeigen schematisch die Kraftverläufe beim Niederdrücken der Stößel S1, S2, S3 auf die jeweiligen Kolben 9 der Patronen 8.
In den 5 und 6 sind die beobachtbaren Kraftverläufe nochmals beispielhaft erläutert.
Bei der Phase I berührt der Stößel S1 die Patrone 8 nicht. Die Kraftaufnehmer 5 geben lediglich die im Wesentlichen durch das Gewicht der mikrofluidischen Einrichtung 2 hervorgerufene Kraft wieder.
Bei der Phase II berührt der Stößel S1 den Kolben 9. Die Patrone 8 wird in der Ausnehmung 7 gegen ein (hier nicht gezeigtes) Öffnungselement gedrückt, welches auf das Verschlussmittel 10 drückt.
Bei der Phase III wird das Verschlussmittel 10 verschoben und schließlich herausgedrückt. Infolge des Herausdrückens des Verschlussmittels 10 ergibt sich eine Kraftentlastung.
Während der Phase IV wird der Kolben 9 mit dem Stößel S1 in Richtung der Öffnung 11 vorgeschoben. Eine in der Patrone 8 aufgenommene Flüssigkeit wird durch die Öffnung 11 in ein Kanalsystem (hier nicht gezeigt) der mikrofluidischen Einrichtung 2 gedrückt.
Bei der Phase V stößt der Kolben 9 am in die Patrone 8 hineingedrückten Verschlussmittel 10 an. Die Kraft steigt sprunghaft an. Infolgedessen kann beispielsweise eine Stößelbewegung sofort gestoppt werden.
Während der Phase VI wird der Stößel S1 zurückgezogen. Die auf die Kraftaufnehmer 5 wirkende Kraft nimmt sprunghaft ab.
Die in 6 beispielhaft beschriebenen Phase I bis VI sind charakteristisch für die Bewegung jeder der in den 3 und 4a bis c gezeigten Stößel S1, S2 und S3. Je nach Position des jeweiligen Stößels S1, S2, S3 und nach Anordnung der Kraftaufnehmer 5 können die gemessenen Maximalwerte sich unterscheiden. Der Kraftverlauf bleibt von seiner Charakteristik her jedoch erhalten und eignet sich zur Steuerung und/oder Regelung der Bewegungen der Stößel S1, S2 und S3.
In 7 ist ein gemessener Kraftverlauf gezeigt. Die Messung "Sensor 1" ist mit einer geringeren Empfindlichkeit als die Messung "Sensor 2" durchgeführt worden. Insbesondere aus der Messung "Sensor 2" ist ähnlich zu der in 6 erläuterten Phase II eine Kraftspitze mit einem nachfolgenden Kraftabfall zu beobachten, der durch das Durchstoßen des die Öffnung 11 verschließenden Verschlussmittels 10 hervorgerufen wird.
8 zeigt schematisch eine zweite Aufnahmeeinrichtung 13. Dabei ist der Träger 4 um einen Drehpunkt 14 beweglich gelagert. Bei der in 9 gezeigten dritten Aufnahmeeinrichtung 15 sind die Kraftaufnehmer 5 über Federelemente 16 auf dem Träger 4 abgestützt. Mit beiden Ausführungsvarianten wird vermieden, dass die mikrofluidische Einrichtung 2 – beispielsweise durch Verkanten – nicht vollständig kraftschlüssig auf den Kraftaufnehmer 5 aufliegt. Die vorgeschlagenen Ausführungsvarianten ermöglichen eine sichere und zuverlässige Ermittlung der auf die mikrofluidische Einrichtung 2 ausgeübten Kraft.
10 zeigt eine weitere mikrofluidische Einrichtung 17. Eine mit Kanälen 18 versehene Platte 19 weist mehrere Ventile 20 auf. Ferner sind Anschlusselemente 21 zum Anschluss der Patronen 8 vorgesehen. Die Stößel S1, S2, S3, S4 sind hier jeweils von einem Rohr R1, R2, R3, R4 umgeben. Die Rohre R1, R2, R3, R4 sind ebenso wie die Stößel S1, S2, S3, S4 hin- und herbewegbar. Sie dienen zweckmäßigerweise dazu, die Patrone 8 um einen vorgegebenen Betrag gegen die Platte 19 herunterzudrücken, um damit das Verschlussmittel 10 zu entfernen bzw. zu durchbohren und die Öffnung 11 freizugeben. Die Stößel S1, S2, S3, S4 dienen der Betätigung, beispielsweise der Kolben 9 oder der Ventile 20. Die Ventile 20 können – wie in 10 gezeigt ist – durch Kraft mittels eines der Stößel S3, S4 geschlossen werden.
Wie aus 10 weiter ersichtlich ist, sind die Kraftaufnehmer 5 mit einer Steuerung 22 verbunden. Die von den Kraftaufnehmern 5 gemessenen Signale werden von der Steuerung, bei der es sich beispielsweise um einen Prozessrechner oder Computer handeln kann, ausgewertet. Die Betätigungseinrichtung weist Antriebseinrichtungen 23 auf, mit denen die Stößel S1, S2, S3, S4 sowie ggf. die Rohre R1, R2, R3, R4 hin und her bewegbar sind. Es kann sich bei den Antriebseinrichtungen 23 beispielsweise um Schrittmotoren handeln, mit denen exakt eine vorgegebene Bewegung der Stößel S1, S2, S3, S4 und/oder der Rohre R1, R2, R3, R4 durchführbar ist. Der Bewegungsablauf erfolgt nach einem vorgegebenen Programm, welches in der Steuerung hinterlegt ist. Durch die Messung der durch den Bewegungsablauf auf die weitere mikrofluidische Einrichtung 17 ausgeübten Kraft kann der Bewegungsablauf zusätzlich gesteuert bzw. regelt werden. So kann eine Bewegung bei Überschrei ten eines vorgegebenen Kraftschwellwerts unterbrochen oder umgekehrt werden. Mittels der vorgeschlagenen Kraftmessung kann eine besonders schonende Betätigung der Funktionselemente erreicht werden. Es wird insbesondere vermieden, dass empfindliche Funktionselemente, beispielsweise Ventile 20, mit einer zu hohen Kraft beaufschlagt werden.

1: Aufnahmeeinrichtung
2: mikrofluidische Einrichtung
3: Seitenwand
4: Träger
5: Kraftaufnehmer
6: weitere Aufnahmeeinrichtung
7: Ausnehmung
8: Patrone
9: Kolben
10: Verschlussmittel
11: Öffnung
12: Boden
13: zweite Aufnahmeeinrichtung
14: Drehpunkt
15: dritte Aufnahmeeinrichtung
16: Federelement
17: weitere mikrofluidische Einrichtung
18: Kanal
19: Platte
20: Ventil
21: Anschlusselement
22: Steuerung
23: Antriebseinrichtung
S1, S2, S3, S4: Stößel
R1, R2, R3, R4: Rohr

Claims

Vorrichtung zur automatischen Betätigung einer mikrofluidischen Einrichtung mit einer Betätigungseinrichtung mit Mitteln (S1, S2, S3, S4, R1, R2, R3, R4, 23) zum Betätigen zumindest eines an der mikrofluidischen Einrichtung (2, 17) vorgesehenen Funktionselements (9, 20), einer Krafterfassungseinrichtung mit Mitteln (5) zur Erfassung einer auf die mikrofluidische Einrichtung (2, 17) mit der Betätigungseinrichtung (S1, S2, S3, S4, R1, R2, R3, R4, 23) ausgeübten Kraft und eine mit der Krafterfassungseinrichtung (5) verbundene Steuereinrichtung mit Mitteln (22) zur Steuerung der Betätigungseinrichtung (S1, S2, S3, S4, R1, R2, R3, R4, 23) in Abhängigkeit der von der Krafterfassungseinrichtung (5) gelieferten Signale.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mikrofluidische Einrichtung, vorzugsweise lösbar, in einer Aufnahmeeinrichtung (3, 13, 15) aufgenommen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mikrofluidische Einrichtung (2, 17) mindestens eine Kammer mit einem darin verschiebbar geführten Kolben (9) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeweils eine Kammer zusammen mit einem darin verschiebbar geführten Kolben (9) als Patrone (8) ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mikrofluidische Einrichtung (2, 17) eine weitere Aufnahmeeinrichtung (6) zum Einstecken der Patrone (8) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mikrofluidische Einrichtung (2, 17) mindestens ein Ventil (20) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kolben (9) und/oder das Ventil (20) das/die Funktionselemente bilden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Betätigungseinrichtung (S1, S2, S3, S4, R1, R2, R3, R4, 23) zur Betätigung des Funktionselements ein mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigbares Betätigungselement umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Betätigungselement ein Stößel (S1, S2, S3, S4, R1, R2, R3, R4, 23) ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Krafterfassungseinrichtung zumindest einen Kraftaufnehmer (5) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kraftaufnehmer (5) an der Aufnahmeeinrichtung (3, 13, 15) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kraftaufnehmer (5) mittels eines elastischen Elements (16) an der Aufnahmeeinrichtung (3, 13, 15) abgestützt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mikrofluidischen Einrichtung (2, 17) mittels eines weiteren elastischen Elements gegen den Kraftaufnehmer (5) abgestützt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aufnahmeeinrichtung (3, 13, 15) unter Zwischenschaltung des Kraftaufnehmer (5) auf ein Gehäuse der Vorrichtung abgestützt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aufnahmeeinrichtung (3, 13, 15) beweglich mit dem Kraftaufnehmer (5) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Krafterfassungseinrichtung mehrere Kraftaufnehmer (5) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (22) eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen gespeicherter Kraftprofile mit gemessenen Kraftprofilen aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (22) eine Unterbrechungseinrichtung zum Unterbrechen des Betriebs der Betätigungseinrichtung (S1, S2, S3, S4, R1, R2, R3, R4, 23) in Abhängigkeit eines von der Vergleichseinrichtung ermittelten Übereinstimmungsgrads aufweist.
Verfahren zur automatischen Betätigung einer mikrofluidischen Einrichtung mit folgenden Schritten: Betätigen zumindest eines an der mikrofluidischen Einrichtung (2, 17) vorgesehenen Funktionselements (9, 20) mittels einer Betätigungseinrichtung (S1, S2, S3, S4, R1, R2, R3, R4, 23), Erfassung einer auf die mikrofluidische Einrichtung (2, 17) mit der Betätigungseinrichtung (S1, S2, S3, S4, R1, R2, R3, R4, 23) ausgeübten Kraft mittels einer Krafterfassungseinrichtung (5) und Steuerung der Betätigungseinrichtung (S1, S2, S3, S4, R1, R2, R3, R4, 23) in Abhängigkeit der von der Krafterfassungseinrichtung (5) gelieferten Signale mittels eine mit der Krafterfassungseinrichtung (5) verbundene Steuereinrichtung (22).
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die mikrofluidische Einrichtung (2, 17) in eine Aufnahmeeinrichtung (3, 13, 15), vorzugsweise lösbar, eingesetzt ist/wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 oder 20, wobei die mikrofluidische Einrichtung (2, 17) mindestens eine Kammer mit einem darin verschiebbar geführten Kolben (9) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei jeweils eine Kammer zusammen mit einem darin verschiebbar geführten Kolben (9) als Patrone (8) ausgeführt ist.
verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, wobei die mikrofluidische Einrichtung (2, 17) eine weitere Aufnahmeeinrichtung (6) zum Einstecken der Patrone (8) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, wobei die mikrofluidische Einrichtung (2, 17) mindestens ein Ventil (20) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, wobei der Kolben (9) und/oder das Ventil (20) das/die Funktionselemente bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 25, wobei das Funktionselement mittels der Betätigungseinrichtung (S1, S2, S3, S4, R1, R2, R3, R4, 23) mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 26, wobei als Betätigungselement ein Stößel (S1, S2, S3, S4, R1, R2, R3, R4, 23) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 27, wobei die Krafterfassungseinrichtung zumindest einen Kraftaufnehmer (5) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 28, wobei die Kraft mittels eines an der Aufnahmeeinrichtung (3, 13, 15) vorgesehenen Kraftaufnehmer (5) gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 29, wobei der Kraftaufnehmer (5) mittels eines elastischen Elements (16) an der Aufnahmeeinrichtung (3, 13, 15) abgestützt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 30, wobei die mikrofluidischen Einrichtung (2, 17) mittels eines weiteren elastischen Elements gegen den Kraftaufnehmer (5) abgestützt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 31, wobei die Aufnahmeeinrichtung (3, 13, 15) unter Zwischenschaltung des Kraftaufnehmer (5) auf ein Gehäuse der Vorrichtung abgestützt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 32, wobei die Aufnahmeeinrichtung (3, 13, 15) beweglich mit dem Kraftaufnehmer (5) verbunden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 33, wobei die Kraft mittels mehrerer Kraftaufnehmer (5) gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 34, wobei gemessene Kraftprofile mittel einer Vergleichseinrichtung mit gespeicherten Kraftprofilen verglichen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 35, wobei der Betrieb der Betätigungseinrichtung (S1, S2, S3, S4, R1, R2, R3, R4, 23) in Abhängigkeit eines von der Vergleichseinrichtung ermittelten Übereinstimmungsgrads unterbrochen wird.