DE102009001474A1 - Diagnosevorrichtung mit Flüssigkeitssteuerung für ein Mikrodurchflusssystem - Google Patents

Diagnosevorrichtung mit Flüssigkeitssteuerung für ein Mikrodurchflusssystem Download PDF

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    • F16K3/00Gate valves or sliding valves, i.e. cut-off apparatus with closing members having a sliding movement along the seat for opening and closing
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    • B01L2400/0633Valves, specific forms thereof with moving parts
    • B01L2400/065Valves, specific forms thereof with moving parts sliding valves

Abstract

Die Erfindung betrifft ein technisches Bauteil für ein Mikrodurchflusssystem, mit dem der Transport einer Flüssigkeit innerhalb eines Mikrodurchflusssystems gesteuert werden kann. Aufgabe der Erfindung ist es, ein kleines und vielfältiges Bauteil für ein Mikrodurchflusssystem bereitzustellen. Zur Lösung der Aufgabe wird ein Bauteil mit Stopfen bereitgestellt, der über wenigstens einen Durchlass verfügt. Der Stopfen befindet sich in einer Führung. Wände der Führung grenzen derart an den Stopfen an, dass keine Flüssigkeit hindurchtreten kann. Erreicht wird diese flüssigkeitsdichte Verbindung insbesondere durch eine Presspassung zwischen Führung und Stopfen. Die Führung verfügt ferner über Anschlüsse für Kanäle des Mikrodurchflusssystems. Der Stopfen ist so beschaffen, dass allein durch eine lineare Bewegung mittels Durchlass wenigstens ein Kanal, vorzugsweise wenigstens zwei Kanäle eines angeschlossenen Mikrodurchflusssystems geöffnet und geschlossen werden können.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Diagnosevorrichtung mit einem Durchflusssystem und einem Bauteil für das Durchflusssystem, mit dem der Transport einer Flüssigkeit innerhalb des Durchflusssystems gesteuert werden kann. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren für eine Veränderung bzw. Anpassung des Bauteils an geänderte Anforderungen.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Diagnostik, beispielsweise um Krankheitserreger zu identifizieren oder zu quantifizieren, Nahrungsmittelkontrollen durchzuführen oder Kampfgase zu ermitteln. Regelmäßig ist es dann erforderlich, eine Flüssigkeit mit Stoffen anzureichern, was mit Hilfe eines Mikrodurchflusssystems geschieht. Die Erfindung trägt dazu bei, dass eine solche Diagnosevorrichtung bereitgestellt werden kann, die als Einweg-Verbrauchsmaterial konzipiert sein kann und die auf einem einzigen Chip mit einer Grundfläche von beispielsweise nicht größer als eine Kreditkarte untergebracht ist. Eine solche Diagnosevorrichtung kann dann beispielsweise auch einen Biochip umfassen, mit dem gewünschte Analysen durchgeführt werden.
  • Als Biochip wird ein Trägermaterial bezeichnet, auf dem sich eine große Zahl biologischer oder biochemischer Nachweise oder Tests auf engstem, meist nur fingernagelgroßem, Raum befinden Es ist ein Sammelbegriff für eine Vielzahl unterschiedlichster Testmethoden und technischer Verfahren. Die im Jahr 2006 gängigen Biochip-Typen basieren nicht auf Halbleitern, weshalb Biochips im Allgemeinen keine integrierten Schaltkreise (”Chips”) sind.
  • Als Trägermaterial wird unter anderem speziell beschichteter Kunststoff oder beschichtetes Glas verwendet, auf das mit Hilfe von Maschinen die oft nur einige Mikrometer großen Tests befestigt (immobilisiert) werden. Vom Aussehen ähneln besonders die auf Glas basierenden Biochips den Objektträgern der Mikroskopie.
  • Häufig werden Biochips nach den Substanzen unterteilt, die in den Test bestimmt werden: Bei DNA-Chips werden DNA- und RNA-Fragmente nachgewiesen, bei Protein-Chips werden bestimmte Proteine – oft mit Hilfe von Antikörpern – erkannt.
  • Das Durchflusssystem der Diagnosevorrichtung ist insbesondere ein Mikrodurchflusssystem. Ein Mikrodurchflusssystem ist eine Vorrichtung mit Kanälen, deren Durchmesser kleiner als 1 mm ist. Insbesondere sind die Kanaldurchmesser maximal 150 μm groß. Ein solches Mikrodurchflusssystem wird in der Regel unter Anwendung von Halbleitertechniken hergestellt. Es ist daher auch bekannt, Halbleiter als Material zu wählen, um Kanäle zu fertigen. Aber auch andere Materialien wie Polymere oder Glas können eingesetzt werden. Ein Mikrodurchflusssystem im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst dann Kanäle und Bauteile, die in ein Substrat integriert sind. Aus der Druckschrift US 7,144,616 B1 geht ein solches Mikrodurchflusssystem hervor.
  • In der pharmazeutischen Industrie werden täglich mehrere hunderttausend verschiedene Substanzen auf ihre Eignung als Ausgangsstoffe für neue Medikamente untersucht. Derartige Anforderungen haben zur Konsequenz, dass Bedarf für Mikrodurchflusssysteme besteht, mit denen kleinste Flüssigkeitsmengen präzise gehandhabt werden können. Mikrodurchflusssysteme werden auch in der industriellen Verfahrenstechnik eingesetzt, um kleinste Flüssigkeitsmengen schnell und gleichmäßig miteinander zu vermischen. Auf biochemischen Gebiet werden Mikrosysteme für die Analyse von biologischen Proben eingesetzt.
  • Mikrodurchflusssysteme sind sehr klein und werden zunehmend kleiner gebaut. Die eingesetzten Bauteile müssen entsprechend klein sein. Es besteht daher ein ständiger Bedarf an einer weiteren Miniaturisierung der verwendeten Bauteile.
  • Ein Bauteil für das Öffnen und Schließen eine Kanals ist aus der Druckschrift JP 2006183818 A oder aus der Druckschrift US 6,981,518 B2 bekannt. Gemäß der Druckschrift US 6,981,151 B2 wird ein Stopfen mit Hilfe eines Hebels linear verfahren, um einen Kanal zu öffnen oder zu verschließen. Die lineare Bewegung wird mit einem Piezoelement erzeugt. Ein Magnet dient dazu, den Stopfen in der Schließstellung zu halten.
  • Verschiedene Bauteile für Mikrodurchflusssysteme werden in der Druckschrift „Chunsun Zhang et al., Micropumps. Microvalves, and micromixers within PCR microfluid chips: Advances and trends, Biotechnology Advances 25 (2007) 483–514, Elsevier" beschrieben. Aus dieser Druckschrift geht ein Bauteil hervor, welches dem Öffnen und Verschließen eines Kanals eines Mikrosystems dient. Das Bauteil umfasst ein Führung und einem in der Führung geführten Stopfen. Durch eine lineare Bewegung wird der an die Führung angeschlossene Kanal geöffnet oder geschlossen.
  • Beide vorbekannten Bauteile für das Öffnen und Schließen eines Kanals weisen gegenüber anderen derartigen Bauteilen den Vorteil auf, dass durch lineare Bewegung ein Kanal geöffnet oder geschlossen werden kann. Eine lineare Bewegung kann mit vergleichsweise einfachen technischen Mitteln störunanfällig durchgeführt werden. Andere Bauteile für das Schalten von Kanälen, die einen Drehmechanismus erfordern, wenn Durchflusssysteme gesteuert werden sollen, sind komplexer und fehleranfälliger im Vergleich zu solchen Steuerungen, die lediglich Mittel für eine lineare Bewegung aufweisen müssen.
  • Einen Drehmechanismus vorzusehen, erfordert darüber hinaus relativ viel Platz. Dieser steht bei Mikrodurchflusssystemen nicht zur Verfügung. So ist aus der Druckschrift US 4,580,602 ein Bauteil mit einem zylindrischen Ventilelement bekannt, welches in einer hohlzylindrischen Kammer pneumatisch angetrieben linear verschoben und verdreht werden kann. Dieses bekannte Bauteil weist insgesamt eine derart komplizierte und raumfüllende Bauform auf, dass dieses nicht für einen Einbau in eine Diagnosevorrichtung mit Mikrodurchflusssystem geeignet ist.
  • Auch weisen die vorbekannten Bauteile regelmäßig den Nachteil auf, dass durch eine lineare Bewegung nur ein Kanal geöffnet oder geschlossen werden kann. Soll bei einem Mikrodurchflusssystem umgeschaltet werden, also ein Kanal geschlossen werden und ein weiterer Kanal geöffnet werden, so sind nach dem Stand der Technik regelmäßig zwei Stopfen erforderlich sowie zwei Antriebe für den jeweiligen Stopfen. Komplexere Systeme erfordern also im allgemeinen einen entsprechend größeren technischen Aufwand bzw. entsprechend mehr Bauteile, um ein Mikrodurchflusssystem steuern zu können.
  • Vielfach besteht bei Mikrodurchflusssystemen auch der Bedarf, eine erste Flüssigkeit dosiert einer zweiten Flüssigkeit zuzufügen. Nach dem Stand der Technik ist dafür ein entsprechendes System an Leitungen und weiteren Bauteilen erforderlich, um eine solche Dosierung vorzunehmen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Diagnosevorrichtung mit einem kleinen und vielfältigen Bauteil für ein (Mikro-)durchflusssystem der Vorrichtung bereitzustellen.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird ein Bauteil der im Anspruch 1 angegebenen Diagnosevorrichtung mit Stopfen für das Öffnen und Schließen eines Kanals bereitgestellt, das über wenigstens einen Durchlass verfügt. Der Durchlass bewirkt das Öffnen oder Schließen von wenigstens einem Kanal.
  • Der Stopfen befindet sich in einer Ausführungsform in einer Führung. Wände der Führung grenzen vorzugsweise derart an den Stopfen an, dass keine Flüssigkeit hindurch treten kann. Erreicht wird diese flüssigkeitsdichte Verbindung insbesondere durch eine Presspassung zwischen Führung und Stopfen. Die Führung verfügt ferner über Anschlüsse für Kanäle bzw. Kanalabschnitte des Mikrodurchflusssystems. Der Stopfen ist so beschaffen, dass allein durch eine lineare Bewegung mittels Durchlass wenigstens ein Kanal, vorzugsweise wenigstens zwei Kanäle eines angeschlossenen Mikrodurchflusssystems ge öffnet und geschlossen werden können. Unter Öffnen eines Kanals ist dann zu verstehen, dass zwei Kanalabschnitte des Kanals in die Führung einmünden und mit Hilfe des Durchlasses im Stopfen die Möglichkeit des Fließens einer Flüssigkeit von dem einen Kanalabschnitt in den anderen Kanalabschnitt ermöglicht wird. Umgekehrt kann eine solche Durchflussmöglichkeit durch den Stopfen verhindert werden, um einen Kanal eines angeschlossenen Mikrodurchflusssystems zu schließen. Da nur eine lineare Bewegung des Stopfens erforderlich ist, kann ein kleiner und störungsfreier Antrieb verwendet werden. Ein solcher Antrieb kann durch ein Piezoelement oder mit Hilfe von magnetischen Kräften bereitgestellt werden.
  • Da mit nur einem solchen Bauteil mehrere Kanäle geöffnet sowie geschlossen werden können, wird der Platzbedarf reduziert, um zwei und mehr Kanäle zu steuern im Vergleich zu dem Fall, bei dem für jeden Kanal ein eigenes Bauteil erforderlich ist, um einen Flüssigkeitstransport durch einen Kanal hindurch zu ermöglichen oder zu stoppen.
  • Beispielsweise ist der Stopfen in einem ersten Schritt so positioniert, dass ein erster Kanal geöffnet, aber ein zweiter Kanal durch den Stopfen verschlossen ist. Wird der Stopfen nun mit seinem Durchlass in Richtung des zweiten Kanals bewegt, so wird der erste Kanal dadurch verschlossen und der zweite Kanal schließlich dadurch geöffnet. Gleichzeitig gelingt es so, ein Fluid vom ersten Kanal in den zweiten hinein zu transportieren.
  • Soll kontaminationsfrei ein erster Kanal verschlossen und ein zweiter Kanal geöffnet werden, so umfasst der Stopfen wenigstens zwei Durchlässe. Beispielsweise ist eine Anfangssituation so, dass ein erster Kanal geöffnet ist, weil ein erster Durchlass des Stopfens zwei Kanalabschnitte des ersten Kanals miteinander verbindet. Wird nun der Stopfen bewegt, so sind die Kanäle so angeordnet, dass durch die Bewegung der erste Kanal verschlossen wird und der zweite Kanal durch den zweiten Durchlass geöffnet wird. Auf diese Weise gelingt es, kontaminationsfrei den zweiten Kanal zu öffnen und den ersten zu verschließen.
  • Gegenüber dem Stand der Technik besteht der Vorteil, dass mit nur einer linearen Bewegung, also eine Bewegung entlang einer geraden Linie, mehrere Kanäle geschaltet werden können. Außerdem kann dosiert bei Bedarf ein Probenvolumen von einem ersten Kanal zu einem zweiten Kanal gebracht werden und zwar ebenfalls nur durch eine lineare Bewegung. Dadurch wird erheblich Platz eingespart.
  • Vorzugsweise ist der Stopfen so, dass dieser nicht verdreht werden kann. Erreicht wird dies bspw. durch einen ellipsenförmigen Querschnitt des Stopfens, der in einer ellipsenförmigen Führung geführt wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Stopfen sowie seine Führung eckig auszugestalten, also beispielsweise quadratisch.
  • Wesentlich ist dann, dass der Stopfen keinen kreisförmigen Querschnitt aufweist, um diesen nicht in seiner Führung verdrehen zu können.
  • Vorzugsweise bilden in einer Ausgestaltung der Erfindung die Führung sowie der Stopfen gemeinsam einen Kanal, der den Durchlass bildet. Die Führung, in der sich der Stopfen befindet, bildet dann eine Kanalwand. Ein seitliche Ausnehmung des Stopfens bildet dann die weiteren Kanalwände. Dies ermöglicht es, auf preiswerte Art und Weise komplexere Verschaltungen zu ermöglichen. Soll bspw. über Eck verschaltet werden, so ist es fertigungstechnisch sehr aufwendig, einen Stopfen mit einem entsprechend gebogenen Kanal zu fertigen, der durch den Stopfen hindurch führt. Einfacher ist es, den Stopfen seitlich mit einer Ausnehmung zu versehen, die den Durchlass bildet bzw. gemeinsam mit einer angrenzenden Wand der Führung einem Kanal gleicht. Kanäle des Mikrodurchflusssystems können nun so zum Stopfen hinführen, dass diese schließlich in die Ausnehmung einmünden, wenn der Stopfen geeignet positioniert ist. Insgesamt ist es so preiswert möglich, komplizierte Verschaltungen zu ermöglichen.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Stopfen einen Entlüftungskanal. Hierunter ist ein Kanal zu verstehen, der mit Kanälen des Mikrodurchflusssystems auf der einen Seite verbunden werden kann und auf der ande ren Seite nach außen führt. Dieser Entlüftungskanal ist vorzugsweise mit einem Filter oder einer semipermeablen Membran verschlossen, wobei die semipermeable Membran insbesondere so beschaffen ist, dass Gase hindurch treten können, nicht aber Flüssigkeit. Bei Mikrodurchflusssystemen besteht vielfach der Bedarf, Kanäle zu entlüften. Zu diesem Zweck wird Luft durch Kanäle hindurch gepumpt. Mikrodurchflusssysteme umfassen nach dem Stand der Technik vielfach separate Stopfen, um eine Entlüftung durchführen zu können. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, bereits in dem beanspruchten Bauteil einen solchen Entlüftungskanal vorzusehen, um separate Entlüftungskanäle nebst Stopfen entfallen zu lassen.
  • Insbesondere, wenn nur zwei Schaltzustände vorgesehen sind, umfasst das Bauteil nach der vorliegenden Erfindung Anschläge, gegen die der Stopfen gefahren wird, um von einer Schaltstellung in die andere zu gelangen. Gibt es viele verschiedene Schaltstellungen, so ist es allerdings vielfach einfacher, über die entsprechende lineare Bewegung, also das Hin- und Herfahren des Stopfens die verschiedenen Schaltzustände anzufahren. Unter einem Schaltzustand ist das Schließen oder Öffnen eines Kanals zu verstehen. Wird durch eine lineare Bewegung zugleich ein Kanal verschlossen und ein anderer geöffnet, so handelt es sich um einen Schaltzustand im Sinne der vorliegenden Erfindung. Das Vorsehen von Anschlägen für einen Stopfen vereinfacht den Aufbau und sichert einen störungsfreien Betrieb.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung wird das erfindungsgemäße Bauteil mit anderen Techniken für das Öffnen und Schließen von Kanälen kombiniert. Es wird bspw. Hydrogel, Wachs oder eine Membran in den Durchlässen eingesetzt, um zum Beispiel eine Zeitkomponente zu ermöglichen. In einer Ausführungsform wird ein Durchlass des erfindungsgemäßen Bauteils mit einem Hydrogel verschlossen. Erst ab einer bestimmten Temperatur der zu handhabenden Flüssigkeit oder der Umgebung öffnet dann der Durchlass mit dem darin befindlichen Hydrogel. Ist ein Durchlass zunächst mit Wachs verschlossen, so kann dieser Durchlass ebenfalls temperaturgesteuert geöffnet werden. Ist ein Durchlass durch eine Membran verschlossen, so kann dieser Durchlass druckgesteuert geöffnet werden. Es kann so in Abhängigkeit vom Systemdruck geöffnet werden. Eine weitere Besonderheit des beanspruchten Bauteils besteht also darin, dass eine Kombination mit den genannten anderen Techniken realisiert werden kann, ohne das Bauteil besonders anpassen oder vergrößern zu müssen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Beispielen weiter erläutert.
  • 1 zeigt im Schnitt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Bauteils für eine Diagnosevorrichtung. Das Bauteil umfasst einen Stopfen 1, welcher durch Presssitz in einer Führung 2 gehalten wird. Die Führung 2 ist in einem Mikrodurchflusssystem integriert, von dem zwei Kanäle mit einem Durchmesser von 150 μm gezeigt werden, die übereinander angeordnet sind. Der oben liegende Kanal umfasst die Kanalabschnitte 3 und 4. Der unten liegende Kanal umfasst die Kanalabschnitte 5 und 6. Gezeigt wird in 1 die Situation, dass der Stopfen 1 gegen einen oberen Anschlag 7 bewegt worden ist.
  • Der Stopfen 1 ist mit einem durch den Stopfen hindurch führenden Durchlass 8 versehen, der den Kanalabschnitt 3 mit dem Kanalabschnitt 4 verbindet, wenn der Stopfen gegen den oberen Anschlag 7 bewegt worden ist. Flüssigkeit kann dann durch den oberen Kanal hindurch fließen. Zugleich bewirkt der untere Teil des Stopfens, dass die Kanalabschnitte 5 und 6 des unten liegenden Kanals nicht miteinander verbunden sind. Im rechts neben dem Stopfen liegenden Abschnitt 5 befindliche Flüssigkeit kann nicht in den links neben dem Stopfen 1 liegenden Abschnitt des unteren Kanals gelangen. Statt dessen verschließt der Stopfen 1 den an den Stopfen angrenzenden Kanalabschnitt 5, so dass keine Flüssigkeit austreten kann. Der Durchlass 8 liegt in Form einer Bohrung vor, die durch den Stopfen 1 hindurchfährt.
  • Die punktierte Linie 13 in 1 deutet einen Entlüftungskanal an, der vom Durchlass nach außen führt.
  • 2 zeigt, wie der Kolben 1 ausgehend von der in 1 gezeigten Situation nach unten verfahren worden ist und zwar bis zu einer Zwischenstel lung. In dieser Zwischenstellung verschließt der Stopfen beide gezeigten Kanäle, so dass nun auch im oberen Kanal keine Flüssigkeit vom Kanalabschnitt 3 zum Kanalabschnitt 4 gelangen kann. Der durch den Stopfen hindurchführende Durchlass 8 transportiert Flüssigkeit, die zuvor durch den oberen Kanal hindurch geflossen ist, nach unten.
  • Wird der Kolben von der in 2 gezeigten Situation ausgehend weiter nach unten verfahren, so erreicht der Stopfen schließlich den Boden der Führung, der als unterer Anschlag 9 dient. In dieser Situation verbindet, der Durchlass 8 des Stopfens die beiden unteren Kanalabschnitte 5 und 6 miteinander. Flüssigkeit kann nun durch den unteren Kanal hindurchfließen. Außerdem ist eine definierte Menge an Flüssigkeit aus dem oberen Kanal in den unteren transportiert worden. Die transportierte Flüssigkeitsmenge ist durch das Volumen des Durchlasses 8 vorgegeben. Soll das Volumen geändert werden, so wird der Stopfen gegen einen anderen mit dem gewünschten anderen Volumen des Durchlasses ausgetauscht.
  • Es kann in analoger Weise eine definierte Flüssigkeitsmenge aus dem unteren Kanal in den oberen transportiert werden.
  • Der in den 1 bis 3 gezeigte Stopfen 1 sowie die Führung 2 weisen insbesondere einen solchen Querschnitt auf, der ein Verdrehen des Stopfens 1 in der Führung 2 verhindert. So kommt beispielsweise ein quadratischer oder rechteckiger Querschnitt in Betracht, wie 4 anhand eines gezeigten Stopfens 1 verdeutlicht.
  • Darf Flüssigkeit nicht von einem Kanal in einen anderen gelangen, so wird eine Ausführungsform verwendet, wie sie in den 5 und 6 gezeigt wird. Der Stopfen weist dann wenigstens zwei durch den Stopfen hindurchführende Durchlässe 8 und 10 auf. Ist der Stopfen gegen den unteren Anschlag 9 bewegt worden, so verbindet der obere Durchlass 8 des Stopfens die oben liegenden Kanalabschnitte 3 und 4 miteinander, so dass Flüssigkeit durch diesen oberen Kanal hindurch fließen kann. Die unten liegenden Kanalabschnitte 5 und 6 werden durch den Stopfen so getrennt, dass keine Flüssigkeit durch den unten liegenden Kanal hindurch fließen kann. Wird der Stopfen 1 nun gegen den oberen Anschlag 7 bewegt, so wird so der Durchfluss durch den oben liegenden Kanal des Mikrodurchflusssystems unterbunden und der Durchfluss durch den unten liegenden Kanal des Mikrodurchflusssystems mittels des unten liegenden Durchlasses 10 ermöglicht, wie 6 verdeutlicht.
  • Die 1 bis 3 sowie 5 und 6 zeigen einen seitlichen Schnitt durch Kanäle eines Mikrodurchflusssystems nebst Stopfen und Führung. Die 7 zeigt im Unterschied dazu einen Schnitt durch eine Aufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zu den vorgenannten Ausführungsbeispielen wird hier ein Durchlass 8 durch eine seitliche Ausnehmung im Stopfen realisiert. Ein Stopfen kann mit einen oder mehren Ausnehmungen preiswert hergestellt werden. Kanalabschnitte 3 und 4 eines Kanals können von einer Seite in die Führung 2 für den Stopfen einmünden. Wäre der Durchlass 8 durch einen durch den Stopfen hindurchführenden Kanal bereitgestellt worden, so hätte dieser Kanal bogenförmig verlaufen müssen. Dies wäre mit einem relativ großen Fertigungsaufwand verbunden gewesen. Durchlässe, die in Form von seitlichen Ausnehmungen bereitgestellt werden, ermöglichen also eine variablere Einmündung von Kanalabschnitten in die Führung 2 hinein, ohne fertigungstechnisch anspruchsvoll einen Stopfen bereitstellen zu müssen. Es ist also mit einer Ausführungsform, wie sie in 7 gezeigt wird, auch möglich, Kanalabschnitte einfach miteinander zu verbinden, die übereinander liegen. Auch können Kanalabschnitte 3 und 4 eines ersten Kanals und Kanalabschnitte 5 und 6 eines zweiten Kanals in einer gemeinsamen Ebene liegen. Um die jeweiligen Kanalabschnitte variabel miteinander verbinden zu können, so dass Flüssigkeit gesteuert durch die verschiedenen Kanäle fließen kann, umfasst der Stopfen 1 verschiedenen übereinander liegende seitliche Ausnehmungen, die verschiedene Durchlässe 8 und 10 bilden.
  • Ein solcher Stopfen wird in 8 gezeigt. Zwei Kanalabschnitte eines ersten Kanals münden dann in einen Durchlass 8 des Stopfen 1 seitlich ein, wenn der Durchlass 8 sich auf Höhe der Kanalabschnitte 3 und 4 befindet. Zwei weitere Kanalabschnitte eines zweiten Kanals, die in der gleichen Ebene wie die Kanalabschnitte des ersten Kanals verlaufen, münden dann bei der in 8 gezeigten Ausführungsform zwar von vorne in die Führung für den Stopfen 1 ein. Diese sind aber dann nicht miteinander verbunden. Wird der in 1 gezeigte Stopfen nun nach unten geschoben, so werden die Kanalabschnitte des ersten Kanals voneinander getrennt. Erreicht der oben liegende Durchlass 10 so die Ebene, in der sich die genannten Kanäle befinden, so wird so der zweite Kanal auf Durchlass geschaltet.
  • 9 verdeutlicht eine Erweiterung im Vergleich zu dem in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Stopfens für eine Diagnosevorrichtung. Zusätzlich sind zwei weitere Durchlässe 11 und 12 vorhanden, die vorne und seitlich in Form von Ausnehmungen im Stopfen bereitgestellt werden. Da diese zusätzlichen Durchlässe 11 und 12 in einer Ebene liegen, ist es mit diesem Stopfen auch möglich, die zuvor genannten ersten und zweiten Kanäle zugleich auf Durchlass zu schalten. Diese Situation verdeutlicht 10, die eine Aufsicht auf einen Schnitt durch Kanalabschnitte 3, 4, 5, 6 nebst Stopfen 1 zeigt. Flüssigkeiten können dann also zeitgleich sowohl durch den ersten Kanal mit den beiden seitlich einmündenden Kanalabschnitten als auch durch den zweiten Kanal mit den beiden von vorne einmündenden Kanalabschnitten hindurch fließen.
  • Mit nur einer linearen Bewegung eines Stopfens, der im Fall von Ausnehmungen besonders einfach hergestellt werden kann, sind also viele verschiedene Schaltungen innerhalb eines Mikrodurchflusssystems möglich, durch das Flüssigkeitstransporte innerhalb eines Mikrodurchflusssystems gesteuert werden können. So kann das anspruchsgemäße Bauteil auch als Weiche fungieren. Der Stopfen weist dann zwei Durchlässe auf, die zwar beide auf der einen Seite bei entsprechender Positionierung in einen ersten Kanalabschnitt einmünden, aber auf der anderen Seite zu unterschiedlichen Kanalabschnitten führen. Schaltmöglichkeiten können verändert werden, indem ein Stopfen gegen einen anderen Stopfen mit anderen Durchlässen ausgetauscht wird.
  • Das Bauteil besteht bevorzugt aus Kunststoff, und zwar insbesondere, wenn es sich um einen Wegwerfartikel handeln soll, also eine zugehörige Diagnosevorrichtung als Einweg-Verbrauchsmaterial konzipiert ist. Die Diagnosevorrichtung ist dann ebenfalls überwiegend aus Kunststoff gefertigt. Metall und Glas sind weitere mögliche Materialien, die insbesondere dann verwendet werden, wenn es auf Langlebigkeit ankommen soll. Insbesondere der Stopfen besteht aus Kunststoff, Metall oder Glas, wobei Kunststoff aus wirtschaftlichen Gründen besonders zu bevorzugen ist.
  • Das Bauteil der erfindungsgemäßen Diagnosevorrichtung kann auch in anderen Durchflusssystemen eingesetzt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 7144616 B1 [0006]
    • - JP 2006183818 A [0009]
    • - US 6981518 B2 [0009]
    • - US 6981151 B2 [0009]
    • - US 4580602 [0012]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - „Chunsun Zhang et al., Micropumps. Microvalves, and micromixers within PCR microfluid chips: Advances and trends, Biotechnology Advances 25 (2007) 483–514, Elsevier” [0010]

Claims (19)

  1. Diagnosevorrichtung mit einem Durchflusssystem, insbesondere einem Mikrodurchflusssystem und einem Bauteil für das Durchflusssystem, wobei das Bauteil mit einem Stopfen (1) für das öffnen und Schließen eines Kanals des Durchflusssystems versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopfen mit wenigstens einem Durchlass (8, 10, 11, 12) für das Öffnen oder Schließen des Kanals des Durchflusssystems versehen ist.
  2. Diagnosevorrichtung nach Anspruch 1 mit Mitteln für die Identifizierung oder Quantifizierung von Krankheitserregern, mit Mitteln zur Durchführung von Nahrungsmittelkontrollen, Mitteln zur Analyse von biologischen Proben, chemischen oder pharmazeutischen Stoffen oder mit Mitteln zur Ermittlung von Kampfgasen.
  3. Diagnosevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Biochip für das Durchführen einer Diagnose.
  4. Diagnosevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Führung (2), in der der Stopfen (1), geführt wird, wobei die Führung mit Anschlüssen für Kanäle (3, 4; 5, 6) versehen ist, die durch den Durchlass (1) miteinander verbunden werden können.
  5. Diagnosevorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem wenigstens zwei Kanäle (3, 4; 5, 6) eines Mikrodurchflusssystems mit dem Stopfen (1) geöffnet oder geschlossen werden können.
  6. Diagnosevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches so beschaffen ist, der mit dem Durchlass (8, 10, 11, 12) Flüssigkeit von einem Kanal (3, 4) zu einem anderen Kanal (5, 6) transportieren kann.
  7. Diagnosevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stopfen (1) wenigstens zwei Durchlässe (8, 10, 11, 12) aufweist, die so angeordnet sind, dass allein durch eine lineare Bewegung ein erster Kanal durch den ersten Durchlass geöffnet werden kann und ein zweiter Kanal durch den zweiten Durchlass geöffnet werden kann.
  8. Diagnosevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Stopfen (1), und eine Führung (2) für den Stopfen einen solchen Querschnitt aufweisen, dass der Stopfen innerhalb der Führung nicht verdreht werden kann.
  9. Diagnosevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Durchlass (8, 10, 11, 12) durch eine seitliche Ausnehmung im Stopfen gebildet ist.
  10. Diagnosevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem in dem Stopfen (1) befindlichen Entlüftungskanal (13) für die Entlüftung eines Kanals.
  11. Diagnosevorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem der Entlüftungskanal (13) mit einem Filter oder einer semipermeablen Membran versehen ist.
  12. Diagnosevorrichtung nach einem der beiden vorgehenden Ansprüche, bei dem der Entlüftungskanal (13) von einem Durchlass (8, 10, 11, 12) eines Stopfens (1) aus dem Stopfen herausführt.
  13. Diagnosevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit Anschlägen (7, 9) für einen Stopfen (1), wobei die Anschläge so sind, dass ein Schaltzustand des Bauteils erreicht wird, wenn der Stopfen an einen Anschlag gelangt.
  14. Diagnosevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Stopfen (1) in einer Führung (2) flüssigkeitsdicht geführt wird.
  15. Diagnosevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Durchlass eines Stopfens mit einem Hydrogel, einer Membran oder einem Wachs versehen ist.
  16. Diagnosevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mit dem Bauteil verbundenen Kanäle einen Durchmesser von weniger als 1 mm, vorzugsweise von bis zu 150 μm aufweisen.
  17. Diagnosevorrichtung mit einem Durchflusssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, das sich auf einem Substrat befindet, welches insbesondere eine Grundfläche von weniger als 100 cm2 aufweist.
  18. Verfahren für das Verändern von Schaltmöglichkeiten einer Vorrichtung mit den Merkmalen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, indem ein Stopfen (1) des Bauteil gegen einen anderen Stopfen (1) ausgetauscht wird, wobei die beiden Stopfen sich durch unterschiedliche Durchlässe (8, 10, 11, 12) unterscheiden.
  19. Verfahren für die Durchführung einer Diagnose mit einer Diagnosevorrichtung nach einem der vorhergehenden, auf eine Diagnosevorrichtung gerichteten Ansprüche, wobei nach der Durchführung einer Diagnose die dafür verwendete Diagnosevorrichtung nicht wieder für eine Diagnose verwendet wird.
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