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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Fluidfilter, Filtervorrichtungen und Filterverfahren, wie z. B. zur Entkeimung, Sterilfiltration oder Partikelfiltration.
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Mikro- und Sterilfilter sind ein viel genutztes Instrument der Entkeimung von Trinkwasser und Nahrungsmitteln zur Sterilfiltration in der Medizin und Gesundheitsfürsorge und allgemein zum Zurückhalten von unerwünschten Schwebstoffen und Partikeln aus der Luft und aus Flüssigkeiten.
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Eine Möglichkeit zum Filtern besteht beispielsweise in der Verwendung feinmaschiger Gewebe. In dem feinmaschigen Gewebe bleiben Inhaltsstoffe eines durchströmenden Mediums hängen. Eine Detektion des aktuellen Filterzustandes ist dabei allerdings nicht möglich. Aus diesem Grund wird ein solcher Filter aus feinmaschigem Gewebe erst ausgetauscht werden, wenn derselbe verstopft und der Durchfluss stark reduziert ist, oder solche Filter werden aus Sicherheitsgründen in kurzen Zeitabständen ausgetauscht, die so gewählt sind, dass mit einer gewissen Sicherheit der Filterzustand noch ausreichend gut ist bzw. bleibt, was allerdings dazu führen wird, dass der Austausch in der Regel stattfindet, obwohl die Funktionalität des Filters eigentlich noch nicht beeinträchtigt ist. Wird andererseits der Filter zu spät ausgetauscht und es sind bereits viele Keime in der Filterschicht fixiert, so können sich potenzielle Krankheitserreger dort unbemerkt vermehren und möglicherweise weitere Probleme verursachen.
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Der Verstopfungsgrad des Filters kann über den damit verbundenen Druckabfall vor und nach dem Filter detektiert werden, wozu allerdings zwei Drucksensoren notwendig sind, die sonst vielleicht nicht notwendig wären und somit den Gesamtaufwand erhöhen.
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Eine weitere Möglichkeit zur Filterung ist die Verwendung von Filtern mit offenen Poren. Diese haben den Vorteil, dass ein großer Durchfluss möglich ist. Ein solcher Filtertyp wird beispielsweise in der
EP 1 194 216 B1 beschrieben. Insbesondere wird dort eine polymere mikroporöse Filtermembran mit einer zusätzlichen Stützschicht und ihre Herstellung beschrieben. Die
WO 2007/140752 A1 beschreibt einen mikromechanischen Filter, bei dem die Filtermembran aus Silizium besteht, und bei der eine zusätzliche Einrichtung zum Heizen der Membran vorgesehen ist, um das ausgefilterte Material durch Verbrennen zu entfernen. In der
WO 91/03312 A1 wird wiederum ein Verfahren zur Herstellung einer Mikrofiltermembran aus Polysulfonamid beschrieben.
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Die oben skizzierten Möglichkeiten der Filtration sind insbesondere dann nachteilhaft, wenn eine sehr niedrige Konzentration von schädlichen Keimen schnell erkannt werden muss, da in Ermangelung einer Möglichkeit zur kontinuierlichen Detektion des Filterzustandes der Filter zur Filterzustandsüberwachung ausgebaut werden muss. Bei der Trinkwasserüberwachung wird beispielsweise regelmäßig das ausgefilterte Material analysiert, ob sich dort Keime befinden. Die Analyse erfolgt dann aber über biologische Methoden auf Zellkultursubstraten. Das bedeutet, es vergehen unter Umständen Tage, bis eine Keimkolonie nachgewiesen werden kann. Notwendig und wünschenswert wäre aber ein schnelles Erkennen von Keimen, eine automatische Analyse der Filterbedeckung ohne zusätzlichen Arbeitsaufwand und nicht zuletzt auch ein Detektionsmechanismus über einen notwendigen Filtertausch erst dann, wenn es tatsächlich auch nötig ist.
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Neben den obigen Methoden zur Filtration, die die Filtration von größeren Durchflussraten ermöglichen, bildet beispielsweise die Durchflusszytometrie eine Möglichkeit, einzelne Zellen zu sortieren. Bei der Durchflusszytometrie werden in sogenannten FACS (fluorescence activated cell sorting) Geräten einzelne Zellen sortiert und analysiert. Dabei wird ein flüssiges Medium, das die Zellen enthält, durch eine enge Glaskanüle mit hohem Druck gepresst. Über ein optisches Erkennungssystem werden Zelltypen unterschieden und können einzeln selektiert werden. Die Methode ist gut geeignet für kleine Mengen von zu analysierenden Medien, wobei die möglichen Inhaltsstoffe schon vorher bekannt sein müssen.
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Es besteht also ein Bedarf nach einem Filtrationskonzept, das einerseits für die Filtration mit größeren Durchfluss- bzw. Strömungs-Raten geeignet ist und andererseits eine längere Einsatzzeitdauer und/oder eine kürzere Zeitdauer bis zum Erkennen eines ungewünschten Filterzustandes oder einer herausgefilterten Substanz ermöglicht.
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Die
WO 2007/140752 A1 beschreibt einen mikromechanischen Filter für Mikropartikel mit einer Einrichtung zum Entfernen der Mikropartikel in Form einer Heizeinrichtung, um die an der Oberfläche der Membran des mikromechanischen Filters befindlichen Mikropartikel zu verbrennen.
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Die
DE 10 2006 008 324 B3 beschreibt eine intelligente Filtervorrichtung mit einer Überwachungseinheit zur Ermittlung des aktuellen Beladungszustands der Filtervorrichtung mit elektrisch nicht leitenden Partikeln durch konduktive Messung eines Kontrollstroms im Falle der Filterung eines leitenden Fluids, wobei der Kontrollstrom in Abhängigkeit vom aktuellen Beladungszustand zwischen zwei Elektrodenbelägen an den beiden Hauptseiten des elektrisch nicht leitenden Filtermediums mit durchgängigen Filterporen der Filtervorrichtung durch die offenen oder beladenen Filterporen fließt, oder durch kapazitive Messung einer Kontrollkapazität im Falle der Filterung eines bevorzugten nicht leitenden Fluids, wobei der aktuelle Beladungsgrad die relative Dielektrizitätskonstante in einem von einer Elektrode und einem Elektrodenbelag gebildeten Kondensator ändert.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Fluidfilter, eine Filtervorrichtung und ein Filterverfahren zu schaffen, das trotz Eignung für auch größere Durchfluss- und Strömungs-Raten eine längere Einsatzdauer und/oder eine kürzere Zeitdauer bis zum Erkennen eines ungewünschten Filterzustandes und/oder zum Bestimmen einer herausgefilterten Substanz ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Fluidfilter gemäß Anspruch 1 oder 3, eine Filtervorrichtung gemäß Anspruch 9 oder ein Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14 gelöst.
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Eine Erkenntnis der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine Kombination aus einer Filtermembran mit einer Vielzahl von Mikroporen und einer Elektrodenstruktur, die die Filtermembran bis auf zumindest einen Abschnitt einer Hauptseite derselben bedeckt und die Erzeugung eines elektrischen Feldes mit Feldlinien ermöglicht, die einen Raum, der an den zumindest einen Abschnitt angrenzt, durchdringen, einerseits die Filtration von höheren Durchflussraten bzw. Durchströmungsraten ermöglicht, und damit aber auch andererseits eine Erfassung des Filterzustands während der Filtration und/oder eine Bestimmung des herausgefilterten Materials möglich ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst ein Fluidfilter eine Filtermembran mit einer ersten Hauptseite und einer der ersten Hauptseite gegenüber liegenden zweiten Hauptseite und einer Vielzahl von Mikroporen, die sich zwischen den beiden Hauptseiten erstrecken, sowie eine Elektrodenstruktur, die die Filtermembran an einer der Hauptseiten teilweise bedeckt, so dass ein Abschnitt dieser Hauptseite mit zumindest einem Teil der Mikroporen freilegt, zum Erzeugen eines elektrischen Feldes mit Feldlinien, die einen Raum, der an den Abschnitt angrenzt, durchdringen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Elektrodenstruktur so ausgebildet, dass mehrere Abschnitte freiliegen, wobei die Elektrodenstruktur eine Elektrodenschicht aufweist, die zu den Abschnitten in lateraler Ausdehnungsrichtung so benachbart ist, dass vermittels der Elektrodenschicht für jeden Abschnitt ein eigenes elektrisches Feld mit Feldlinien erzeugbar ist, die einen Raum, der an den jeweiligen Abschnitt angrenzt, durchdringen. Auf diese Weise wird es erleichtert, dass die Streufelder, die durch die Elektroden erzeugbar sind, gezielt die Räume vor den freiliegenden Abschnitten mit den Mikroporen durchdringen, wodurch anhand einer Veränderung einer elektrischen Eigenschaft des Mediums in diesem Raum auf einen aktuellen Filterzustand geschlossen werden kann.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Elektrodenstruktur auch ein Stabilisierungselement, wie z. B. eine Folie, die zwischen der Elektrodenschicht und der entsprechenden Hauptseite der Filtermembran angeordnet ist, um die Filtermembran mechanisch zu stabilisieren. Auf diese Weise wird es ermöglicht, dass die Filtermembran Mikroporen mit einem kleineren Querschnitt aufweisen kann und dabei trotzdem ein maximales Aspektverhältnis, d. h. ein maximales Verhältnis zwischen Filtermembrandicke und Mikroporenbreite bzw. -durchmesser, eingehalten werden kann, wodurch die Herstellung von Mikroporen mit hohen Aspektverhältnissen, die in der Regel schwieriger herzustellen sind, vermieden werden kann. Umgekehrt wird durch das Stabilisierungselement der Fluss- bzw. Strömungswiderstand nicht oder nur wenig gegenüber einer Situation eingeschränkt, da nur die Elektroden auf der Filtermembran aufgebracht wären.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist eine Elektrodenstruktur auf beiden Hauptseiten der Filtermembran vorgesehen, und zwar in einer symmetrischen Art und Weise, so dass beispielsweise elektrische Felder mit Feldlinien mittels der beiden Elektrodenstrukturen erzeugbar sind, die die an die einander gegenüber liegenden Abschnitte der beiden Hauptseite angrenzenden Räume auf kongruente Weise durchdringen. Auf diese Weise ist es möglich, die elektrischen Messungen auf der stromabwärts gelegenen Hauptseite mit denen der stromaufwärts gelegenen Hauptseite der Filtermembran zu vergleichen, um somit Abhängigkeit in den elektrischen Messungen von Temperatur, Lösungsmedium usw. zu kompensieren.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend und Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Seitenschnittansicht eines Fluidfilters gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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2 eine Draufsicht eines Fluidfilters gemäß einem Ausführungsbeispiel sowie eine schematische Kombination des Fluidfilters mit einer Messeinrichtung zu einer Fluidvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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3 eine Seitenschnittansicht eines Filterelements gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einer Darstellung der erzeugten elektrischen Felder während der elektrischen Messung zur Erfassung des Filterzustands;
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4 eine Seitenschnittansicht eines Fluidfilters gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einer Darstellung der erzeugten elektrischen Felder während der elektrischen Messung zur Erfassung des Filterzustands;
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5 eine Schnittansicht einer durchströmten Fluidleitung, in das stellvertretend für die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ein Filterelement gemäß 3 eingebaut ist; und
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6 eine schematische Darstellung einer Zellwachstumsvorrichtung mit einem Filterelement gemäß 3, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In den nachfolgenden Figuren werden für gleiche oder ähnliche Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, und die Beschreibung dieser Elemente Bezug nehmend auf eine Figur soll – soweit nicht widersprüchlich – auch für die anderen Figuren gelten, um eine wiederholte Beschreibung zu vermeiden.
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1 zeigt ein Filterelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Filterelement von 1, das allgemein mit 10 angezeigt ist, umfasst eine Filtermembran 12 mit zwei Hauptseiten 12a und 12b und eine Vielzahl von Mikroporen 14, die sich zwischen den beiden Hauptseiten 12a und 12b erstrecken. Ein Durchmesser d der Mikroporen 14 kann beispielsweise zwischen 0,1 μm bis 50 μm liegen. Die Filtermembran 12 kann dünn sein. Insbesondere kann eine Dicke D der Filtermembran 12 beispielsweise zwischen 10 μm und 1 mm liegen. Das Material der Filtermembran 14 ist beispielsweise Silizium oder polymerbasiert. Insbesondere kann die Filtermembran 14 beispielsweise ein Siliziumfilm 12 sein, der viele kleine Löcher 14 aufweist.
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An beiden Hauptseiten 12a und 12b wird die Filtermembran 12 durch eine Elektrodenstruktur 16a und 16b teilweise bedeckt, die dort befestigt der Filtermembran geeignet befestigt sind. Jede Elektrodenstruktur 16a und 16b umfasst eine Elektrodenschicht 18a bzw. 18b sowie ein Stabilisierungselement 20a bzw. 20b. Die Stabilisierungselemente 20a und 20b sind beispielsweise Folien, die zur mechanischen Stabilisierung beidseits der Filtermembran 12 angebracht, wie z. B. laminiert oder verklebt, sind. Die Stabilisierungselemente bzw. -schichten 20a und 20b weisen Aussparungen bzw. offene Bereiche 22a bzw. 22b auf, die einander über die Filtermembran 12 gegenüber liegen, um gegenüber liegende Abschnitte 24a bzw. 24b der beiden Hauptseiten 12a und 12b freilegen. Die Abschnitte 24a und 24b weisen eine maximale Ausdehnung in lateraler Richtung von 10 μm bis 1 mm auf.
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Die auf der Außenseite 26a bzw. 26b der Stützfolien 20a bzw. 20b aufgebrachten Elektrodenschichten 18a und 18b bilden Elektroden, die die Erzeugung von elektrischen Feldern mit Feldlinien ermöglichen, die die Räume 22a bzw. 22b durchdringen, die an die Abschnitte 24a bzw. 24b angrenzen. Hierdurch ist es möglich, Veränderungen der elektrischen Eigenschaft des Mediums in diesen Räumen 22a bzw. 22b und damit einen Filterzustand, d. h. Verstopfungsgrad, des Fluidfilters 10 zu erfassen und/oder ein herausgefiltertes Material zu bestimmen. Insbesondere wird im Einsatz der Fluidfilter 10 von einem Medienstrom, z. B. einem Gas oder einer Flüssigkeit, in einer vorbestimmten Richtung durchströmt, die in 1 exemplarisch mit einem Pfeil 28 als von oben nach unten verweisend angegeben ist. Inhaltsstoffe des Mediums, deren Ausmaße größer als der Querschnitt der Mikroporen 24 sind, bleiben somit an der angeströmten Filterseite 12a hängen. Diese Inhaltsstoffe, deren Durchmesser größer als die Porengröße ist, verändern die zuvor erwähnte elektrische Eigenschaft des von den Feldlinien durchströmten Raumes 22a. Die gegenüber liegenden Räume 22b bleiben jedoch frei, da sie stromabwärts gelegen sind. Die Elektrodenstrukturen, die durch die Elektrodenschichten 18a und 18b gebildet sind, können deshalb vorzugsweise so ausgebildet sein, dass durch sie elektrische Felder mit Feldlinien erzeugbar sind, die bezogen auf zueinander ausgerichtete Räume 22a und 22b bzw. Abschnitte 24a und 24b zueinander kongruent sind, so dass eine Veränderung der elektrischen Eigenschaft des Mediums in den Räumen 22a aufgrund der herausgefilterten Inhaltsstoffe durch Auswertung einer Abweichung bzw. einen Vergleich von elektrischen Messungen an den beiden Elektrodenstrukturen erfasst werden kann, wie es im Folgenden in Bezug auf 3 und 4 noch einmal erwähnt werden wird.
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Die an der Ober- bzw. Unterseite 26a und 26b der Stützfolien 20a und 20b vorgesehenen Elektrodenstrukturen können zudem so strukturiert sein, dass über jeden Raum 22a, b bzw. Abschnitt 24a, b hinweg eine Potenzialdifferenz in lateraler Richtung anlegbar ist, so dass sich in jedem der Abschnitte 24a bzw. 24b ein elektrisches Streufeld ergibt, das hauptsächlich in der Ebene der Elektrodenschichten 18a und 18b aber durch seine Streueigenschaften eben auch in den Räumen 22a bzw. 22b zwischen denselben und der Filtermembran 12 verläuft. Diese Fallgestaltung wird auch Bezug nehmend auf die 2 und 3 beschrieben. Hierbei ist es insbesondere möglich, dass die Elektrodenschichten 18a und 18b so strukturiert sind, dass sich über die Räume 22a, b bzw. Abschnitte 24a, b immer eine Elektrode mit einem ersten Potenzial und eine Elektrode mit einem zweiten, zu dem ersten unterschiedlichen Potenzial gegenüber liegen, wobei das erste und das zweite Potenzial für die Abschnitte 24a, b bzw. Räume 22a, b gleich bzw. gemeinsam sind. In diesem Fall liegen sich also über die elektrischen kapazitiven bzw. induktiven Messpfade bzw. über die Abschnitte 24a, b bzw. Räume 22a, b hinweg ein und dasselbe Paar von unterschiedlichen Potentialen gegenüber und es ist nur eine Spannungsquelle bzw. Messanordnung notwendig, um die Erfassung des Filterzustandes vorzunehmen, so dass auch nur zwei Anschlüsse für die zwei Potenziale vorzusehen sind. Ein Beispiel hierfür ist in 2 gezeigt.
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Alternativ ist es natürlich auch möglich, dass die Filtermembran 12 leitfähig ist und als eine Elektrode dient, die in Kombination mit den Elektrodenschichten 18a und 18b die Erzeugung von elektrischen Feldern mit Feldlinien ermöglicht, die die Räume 22a, b durchdringen. Ein Beispiel hierfür wird später Bezug nehmend auf 4 beschrieben.
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Schließlich wird darauf hingewiesen, dass bei dem Ausführungsbeispiel von 1 die Verteilung der Mikroporen auf die Abschnitte 24a, b beschränkt ist. Es wäre aber natürlich auch möglich, dass die Mikroporen durchweg in der Filtermembran gebildet sind, d. h. also auch dort, wo die Membran von den Stützfolien 20a, b bedeckt wird, in welchem Fall diese Mikroporen allerdings nicht zur Filtration beitragen würden.
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2 zeigt eine Draufsicht auf einen Fluidfilter gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Zu sehen ist die Hauptseite 12a der Filtermembran mit den Mikroporen 14 und die darüber befindliche Elektrodenstruktur mit der Stützfolie 20a und den darin gebildeten Aussparungen, in denen die Abschnitte 24a der Hauptseite 12a der Filtermembran freiliegen, und die strukturierte Elektrodenschicht 18a, die in diesem Fall in Form von Linienelektroden 18a1 und 18a2, und zwar insbesondere als ineinander greifende Elektrodenfingerstrukturen bzw. Kammelektroden, gebildet sind, um interdigitale Elektrodenpaare zu bilden. Insbesondere sind in 2 die Abschnitte 24a in einem regelmäßigen Gitter mit Achsrichtungen, die hier Zeilenrichtung 30 und Spaltenrichtung 32 umfassen, angeordnet. In anderen Worten ausgedrückt, bildet das regelmäßige Gitter von Abschnitten 24a Reihen von Abschnitten 24a in Richtung 30 sowie Reihen von Abschnitten 24a in Richtung 32. Entlang der Richtung 30 erstrecken sich durchgehende Abschnitte der Elektroden 18a1 sowie 18a2 bis zu einem Rand 34 des Fluidfilters bzw. der Stützfolie 20a, wobei diese Abschnitte so angeordnet und am Rand elektrisch verbunden sind, dass sie entlang der Richtung 32 abwechselnd polarisiert sind, wobei sich zwischen zwei benachbarten Elektrodenabschnitten, die sich in Richtung 30 erstrecken, stets eine Reihe der Abschnitte 24a angeordnet ist. In eine solche Reihe von Abschnitten 24a erstrecken sich abwechselnd Elektrodenfinger in der Richtung 32, du zwar abwechselnd von dem einen und dem anderen vorbeiführenden, sich in Richtung 30 erstreckenden Abschnitt aus. Die so gebildeten Elektroden 18a1 und 18a2 können beispielsweise mit Kontaktflächen 36 und 38 gekoppelt sein, so dass an dieselben unterschiedliches Potenzial anlegbar ist, wie es mit „+” und „–„ in 2 angedeutet ist. Bei angelegter Spannung an den Elektroden 18a1 und 18a2 bzw. Kontaktflächen 36 und 38 liegen sich über jedem Abschnitt 24a die Elektroden 18a1 und 18a2 innerhalb der Ebene der Elektrodenschicht 18a gegenüber, an denen ja eine unterschiedliche Polarität der elektrischen Spannung anliegt, so dass sich in dem Raum oberhalb des von dem Medium durchströmten Abschnitt 24a der Stützfolie ein im wesentlichen lateral in der Ebene der Elektrodenschicht 18a verlaufendes elektrisches Feld ergibt, dessen Streuanteile aber auch den Raum zwischen Elektrodenschicht 18a und Hauptseite 12a der Filtermembran durchdringen.
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Es wird darauf hingewiesen, dass, obwohl es in 2 nicht gezeigt ist, auch die in 2 nicht sichtbare Rückseite der Filtermembran mit einer Elektrodenstruktur bedeckt sein kann, die der sichtbaren Struktur aus Elektrodenschicht 18a und Stützfolie 20a entspricht, wie es auch in 1 gezeigt war. Dabei kann insbesondere die laterale Strukturierung der nicht sichtbaren Elektrodenstruktur 16b spiegelsymmetrisch zur Elektrodenstruktur 16a sein, die in 2 sichtbar ist, und zwar mit der Folienmembran als Spiegelebene. In einer Erweiterung dieses Beispieles wäre es ferner möglich, dass die Stützfolien unterschiedliche Dicke aufweisen. Die Potentiale, die an die Kammelektroden der gegenüberliegenden Elektrodenstruktur angelegt werden würden, wären beispielsweise gleich zu den Potentialen an den Kontakten 36 und 38, oder er wäre zumindest die Differenz gleich zu der Potentialdifferenz an den Kontakten 36 und 38.
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Insbesondere kann auch Wechselspannung an die Elektrodenschicht(en) angelegt werden, wie es im folgenden auch kurz erläutert wird, um eine entsprechende Impedanzmessung durchzuführen.
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In 2 ist ferner exemplarisch gezeigt, dass eine Messeinrichtung 40 mit den Kontakten 36 und 38 bzw. den Elektroden 18a1 und 18a2 gekoppelt sein kann, um eine elektrische Messung an der Elektrodenstruktur 18a durchzuführen, um daraus auf den Filterzustand und/oder das herausgefilterte Material zu schließen. Darauf wird später noch detaillierter eingegangen werden. Es wird aber darauf hingewiesen, dass die Messeinrichtung 40 zwar nur in 2 in Verbindung mit einem Fluidfilter gezeigt ist, um eine entsprechende Filtervorrichtung zu ergeben, aber dass auch Bezug nehmend auf die anderen Ausführungsbeispiele der anderen Figuren eine solche Messeinrichtung verwendet werden kann, um eine entsprechende Filtervorrichtung zu ergeben, und um insbesondere die elektrischen Messungen an den Elektrodenstrukturen durchzuführen, wie es im Folgenden noch detaillierter beschrieben wird.
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3 zeigt einen Seitenquerschnitt eines Fluidfilters, der der Seitenschnittansicht von 1 entspricht. Bei dem Fluidfilter von 3 wird davon ausgegangen, dass die Elektrodenschichten 18a und 18b so strukturiert sind, dass sich über die Abschnitte 24a, b hinweg Teile von Elektroden, die in den Schichten 18a und 18b gebildet sind, gegenüber liegen, die unterschiedlich polarisiert sind, wie es beispielsweise bei den Elektrodenfingern in 2 der Fall war. In 3 sind exemplarisch zwei einander gegenüber liegende Abschnitte 24a, b dargestellt, zwischen denen sich ein Elektrodenfinger 50a bzw. 50b erstreckt, um über die Abschnitte 24a, b unterschiedlich polarisierten Elektrodenfingern 52a bzw. b und 54a bzw. b gegenüber zu liegen.
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3 zeigt nun schematisch für die linken Abschnitte in 3 die elektrischen Feldlinien 56a bzw. 56b, die sich ergeben, wenn zwischen den Elektrodenfingern 50a, b und 52a, b eine Spannung angelegt wird. Die Feldlinien 56a, b durchdringen den durchströmten Raum 22a, 22b in der direkten Umgebung der Filtermembran 12. Wie es später noch Bezug nehmend auf 5 veranschaulicht wird, werden angesammelte Partikel aus dem zu filternden Medienstrom die dielektrischen Eigenschaften des Mediums in den Räumen 22a, b verändern, so dass mit einem geeigneten elektrischen Messverfahren mittels der Elektrodenfinger 50a, b und 52a, b eine Verstopfung und damit ein Filterzustand der Filtermembran 12 detektiert werden kann, wobei auf geeignete elektrische Messverfahren im Folgenden auch näher eingegangen werden wird.
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Vorteilhaft ist eine symmetrische Ausführung der Elektrodenstrukturen 16a, b auf beiden Seiten der Filtermembran 12, wie es in 3 gezeigt ist, denn in diesem Fall kann die elektrische Messung an der Unterseite der Filtermembran 12 bzw. an der Elektrodenstruktur 16b jederzeit als Referenzmessung gegenüber der Messung an der angeströmten Seite der Filtermembran 12 bzw. an der Elektrodenstruktur 16a verwendet werden. Dadurch wird die elektrische Messung zur Detektion des Filterzustands unabhängig von der Temperatur bzw. deren Schwankung während des Verlaufs der Filteranwendung. Da außerdem jederzeit eine Messung an dem Medium mit und ohne einer bestimmten, nämlich der ausgefilterten, Komponente des Mediums erfolgen kann, wird kein Wissen über die dielektrischen Eigenschaften des Mediums selbst benötigt. Es genügt die Unterscheidung der Messung vor und nach dem Filterelement.
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In 3 würde das elektrische Potenzialgefälle in lateraler Richtung erzeugt. Andere Möglichkeiten bestehen aber natürlich auch, um die Räume 22a, b durch elektrische Feldlinien durchdringen zu lassen, um festzustellen, ob sich dort herausgefilterte Partikel angesammelt haben. Beispielsweise wäre es möglich, dass das elektrische Potenzial zwischen den Elektroden 18a und 18b an Ober- und Unterseite der Filtermembran 12 angelegt wird, wobei die Elektrodenschichten 18a und 18b dann vorteilhafter Weise so strukturiert sind und eine Spannung an diese strukturierten Elektrodenschichten so anlegbar ist bzw. angelegt wird, dass die entstehenden elektrischen Felder, die sich zwischen der oberen Elektrodenschicht 18a und der unteren Elektrodenschicht 18b erstrecken, Feldlinien aufweisen, die die Räume 22a, b im wesentlichen diagonal bzw. quer zur Flächennormalen der Filtermembran 12 durchlaufen bzw. den durchströmten Porenbereich diagonal durchkreuzen.
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4 zeigt exemplarisch ein Ausführungsbeispiel eines Fluidfilters, bei dem die Filtermembran 12 leitfähig ausgestaltet ist und selbst als eine Elektrode dient. Der in 4 sichtbare Seitenquerschnitt des Fluidfilters entspricht wiederum demjenigen aus 1 und 3. Allerdings ist die Filtermembran 12 leitfähig und die Elektrodenschichten 18a und 18b können jeweils einstückig gebildet sein, um jeweils eine Elektrode zu bilden, so dass lateral über die Abschnitte 24a, b hinweg keine Potenzialunterschiede mehr auftreten können, sondern in lateraler Richtung immer das gleiche Potenzial anliegt. Effektiv bildet dadurch die Elektrodenschicht 18a eine Elektrode, die Filtermembran 12 eine weitere Elektrode und die Elektrodenschicht 18b eine noch weitere Elektrode.
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In 4 wird exemplarisch davon ausgegangen, dass die Elektroden 18a und 18b elektrisch miteinander verbunden sind bzw. auf gleichem Potenzial liegen, so dass sich bei Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden 18a, b einerseits und Filtermembran andererseits ein elektrisches Feld zwischen diesen Elektroden ausbildet, das symmetrisch zur Filtermembran 12 ist. Wie es in 4 gezeigt ist, bildet sich auch ein Streufeld 60a bzw. 60b zwischen den Elektroden 18a und Filtermembran 12 bzw. Elektrode 18b und Filtermembran 12 aus, dessen Feldlinien die Räume 22a, b an den Abschnitten 24a, b durchdringen, wodurch wieder auf Änderungen der elektrischen Dielektrizitätseigenschaft des Mediums und damit auf eine Änderung des Filterzustands der Filtermembran 12 geschlossen werden kann. Aufgrund der Spiegelsymmetrie und der damit verbundenen Kongruenz der Felder 60a und 60b können die Messungen, die zwischen der Elektrode 80a und der Filtermembran 12 einerseits und der Elektrode 18b und der Filtermembran 12 andererseits gewonnen werden, wieder miteinander verrechnet werden, um Temperaturschwankungen oder Änderungen des zu filternden Mediums herauszurechnen, um auf den Filterzustand und/oder das herausgefilterte Material zu schließen. Allerdings ist es natürlich auch möglich, dass die Elektroden 18a, die Filtermembran 12 und die Elektrode 18b auf unterschiedliches Potenzial gelegt werden, und auch dann sind die Vorteile der kongruenten Streufelder 60a und 60b nutzbar, wenn der Potenzialunterschied jeweils der gleiche ist, d. h. der Potenzialunterschied zwischen den Elektroden 18a und 18b doppelt so groß ist wie der Potenzialunterschied zwischen den Elektroden 18a, b einerseits und der Filtermembran 12 andererseits.
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In dem Fall von 4 kann die Filtermembran 12 beispielsweise eine Silizium-Membran sein. Beispielsweise kann die Filtermembran ein hochdotiertes und somit elektrisch leitfähiges Siliziummaterial aufweisen. Alternativ allerdings wäre es ebenfalls denkbar, dass eine dünne Metallisierungsschicht auf die Filtermembran 12 aufgebracht werden kann, die in diesem Fall nicht auf ein Silizium-Material beschränkt wäre, sondern auch aus einem anderen Material bestehen könnte, wie z. B. einem nicht-leitfähigen Material. Auch kann vorteilhafter Weise die dünne Metallisierungsschicht auf dem Silizium-Film oder auf der elektrisch isolierenden Filtermembran 12 so aufgebracht werden, dass die Elektroden an der Hauptseite 12a und der Hauptseite 12b miteinander elektrisch verbunden sind bzw. die Metallisierung kann als vollflächige Metallisierung mit nur einer Polarität ausgeführt werden, wodurch die Herstellung einer solchen metallisierten Filtermembran 12 vereinfacht wäre.
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Im Vergleich zwischen den beiden Ausführungsbeispielen 3 und 4 bleibt festzuhalten, dass die Feldlinien von 4 nur mit schwächeren Streufeld 60a und 60b den interessierenden Bereich 22a, 22b vor und hinter den Filterporen 14 durchdringen. Das Messsignal wird insofern weniger stark ausgeprägt sein als in dem Ausführungsbeispiel nach 3.
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5 zeigt einen Fluidfilter gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, hier exemplarisch den Fluidfilter von 3, in einem eingebauten Zustand, in welchem der Fluidfilter quer in einen Fluidkanal 70, wie z. B. ein Rohr oder ein Schlauch, eingebaut ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, erstreckt sich der Fluidfilter 10 über den gesamten Querschnitt des Fluidkanals 70, um an die Wand 72 des Fluidkanals 70 anzugrenzen. Wie es mit Pfeilen 74 angedeutet ist, wird der Fluidkanal 70 von einem zu filternden Medium durchströmt, nämlich in einer Richtung des Pfeiles 74. Das Medium enthält Inhaltsstoffe 76, die durch den Fluidfilter 10 ausgefiltert werden sollen. Die Inhaltsstoffe können beispielsweise biologische Zellen sein. Die Inhaltsstoffe 76 bleiben in Durchströmungsrichtung 74 vor dem Fluidfilter 10 hängen und werden dort von den Feldlinien 56a erfasst, wie es bei 82 zu sehen ist. Die kongruenten Feldlinien 56b auf der stromabwärts gelegenen Seite sind frei von Inhaltsstoffen und durchdringen somit nur das durchströmende Medium exklusive der Inhaltsstoffe.
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Nachdem im Vorhergehenden einige Ausführungsbeispiele für ein Fluidfilter beschrieben worden sind, wird im Folgenden ausgeführt, wie die elektrische Messung aussehen könnte, die von einer Messeinrichtung, wie sie in 2 stellvertretend für alle anderen Ausführungsbeispiele gezeigt ist, an den Elektrodenstrukturen durchgeführt wird, um auf den Filterzustand des Fluidfilters zu schließen und/oder das herausgefilterte Material zu bestimmen. Eine erste Möglichkeit besteht darin, dass die Messeinrichtung zwischen den Elektroden, d. h. den sich über die Abschnitte gegenüber liegenden Elektroden in dem Fall von 3 oder den über die Stützfolie einander gegenüberliegenden Elektroden 18a, 12 und 18b in dem Fall von 4 oder den Elektroden 18a1 und 18a2 in dem Beispiel von 2, eine Messung der elektrischen Leitfähigkeit bzw. des elektrischen Widerstands des Mediums, wie z. B. der Flüssigkeit, mit einer Gleichspannung ausführt. Angesammeltes Material 82 vor dem Filterelement bzw. dem Fluidfilter würde die elektrischen Eigenschaften des Mediums im Vergleich zum Medium stromabwärts des Fluidfilters 10 verändern, so dass die Messeinrichtung durch einen Vergleich oder eine Auswertung der Abweichung der Messergebnisse auf einen Filterzustand des Fluidfilters schließen könnte.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass die Messeinrichtung eine Messung der elektrischen Kapazität des Mediums zwischen den Elektroden durchführte. Hierbei wird der Unterschied in der Dielektrizitätszahl ε* des Mediums in Strömungsrichtung vor und hinter dem Filter ermittelt. Die Messeinrichtung könnte die Kapazitätsmessung sowohl unter Gleichspannung als auch mittels Wechselspannung durchführen.
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Zusätzlich zu der oben erwähnten Leitfähigkeits- bzw. Widerstandsmessung könnte die Messeinrichtung eine elektrochemische, spektroskopische Untersuchung des herausgefilterten Materials durchführen, um das Material beispielsweise zu klassifizieren. Beispielsweise könnte ein Cyclovoltagramm vermittels der Elektroden eingemessen werden. Das heißt, die Messeinrichtung würde an den zuvor erwähnten Elektrodenpaaren eine Spannung anlegen, die eine Spannungsrampe durchläuft, vorzugsweise hin und zurück, um einen entsprechenden Stromverlauf zu erhalten, der für das Material charakteristisch ist, dass sich zwischen den Elektrodenpaaren befindet. Die Stromverläufe bilden die Cyclovoltagramme. In anderen Worten ausgedrückt, würde die Messeinrichtung die angelegte Spannung über einen definierten Bereich kontrolliert verändern, um den sich jeweils einstellenden Strom zu messen, wobei diese Messung beispielsweise als vollständige Schleife bzw. Zyklus ausgeführt werden würde. Die Cyclovoltagramme könnten, wie bereits erwähnt, zur Klassifizierung des herausgefilterten Materials oder aber lediglich zur Bestimmung des Filterzustands, d. h. der Menge jedweden gefilterten Materials, verwendet werden, und zwar, wie vorher erwähnt, zusätzlich zur Leitfähigkeits- bzw. Widerstandsmessung oder alternativ dazu. Natürlich kommen als Messmethode auch andere spektroskopische Verfahren in Betracht, wie z. B. die Differential-Puls-Methode. Wie gesagt, könnten diese elektrochemischen Methoden durch die Messeinrichtung bei geeigneter Auslegung der Elektroden auch genutzt werden, um unterschiedliche Inhaltsstoffe in einem Medium zu identifizieren.
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Ähnlich wie im vorhergehenden bezüglich der Leitfähigkeits- bzw. Widerstandsmessung in Verbindung mit der elektrochemischen, spektroskopischen Methode erwähnt, ist es möglich, zusätzlich oder alternativ zu der oben erwähnten Kapazitätsmessung eine elektrochemische Impedanzspektroskopie durchzuführen. Die Messeinrichtung würde die elektrochemische Impedanzspektroskopie an den zuvor erwähnten Elektrodenpaaren durchführen, um beispielsweise die Erkennung des Filterzustands vorzunehmen, und um eventuell sogar das Material des herausgefilterten Stoffs zu klassifizieren.
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Bezüglich der vorher erwähnten Leitfähigkeits- bzw. Widerstandmessung und der Möglichkeit der elektrochemischen Vermessung sei angemerkt, dass diese Vermessungsmöglichkeiten die zu filternden Medien natürlich auf solche mit bestimmter Grundleitfähigkeit beschränken, d. h. vorzugsweise bei Flüssigkeiten angewendet werden.
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Wie bereits erwähnt, kann die Messeinrichtung eine Abweichung der Messwerte an den beiden Seiten der Filtermembran bestimmen, wie z. B. eine Differenz oder ein Verhältnis der beiden Messwerte, um auf den Filterzustand, d. h. den Verstopfungsgrad und/oder die Klasse bzw. den Typ des herausgefilterten Materials zu schließen. Möglich ist aber auch die Aufnahme einer Zeitreihe und deren multivariate Auswertung. Zusammenfassend sind sämtliche Kombinationen der Messverfahren, deren Modell-gestützte oder multivariate Auswertung denkbar.
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Im Folgenden soll kurz auf die Möglichkeit einer Herstellung eines Fluidfilters gemäß einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele eingegangen werden. Die Filtermembran 12 kann beispielsweise aus Silizium hergestellt werden. Halbleitertechnologische Verfahren können genutzt werden, um im Ausgangsmaterial, wie z. B. einem Silizium-Wafer, mittels lithographischer Strukturierung und Anwendung von Plasmaätztechniken mit Fluor-haltigen Gasen, wie z. B. SF6, CF4 usw. sehr kleine Löcher mit geraden Seitenwänden herzustellen, d. h. die Mikroporen 14. Auf dem Wafer wird das Loch-Muster erzeugt, das später eine Filtermembran ergibt. Insbesondere werden an den Si-Wafer von der Vorderseite her Löcher geätzt. Tiefe und Durchmesser der Löcher werden in technologisch sinnvoller Weise korreliert. Typischerweise können Aspektverhältnisse, d. h. Durchmesser:Tiefe, von 1:5 bis 1:20 gut realisiert werden. Um einen erwünschten Lochdurchmesser von 0,4 μm zu erhalten, was beispielsweise für die Sterilfiltration erforderlich ist, wird man beispielsweise eine Lochtiefe von etwa 5 μm bis 10 μm wählen. Der Siliziumwafer mit den Löchern wird anschließend von der Rückseite her abgedünnt, bis die Vorderseitenlöcher von unten freigelegt werden. Der ganze Wafer ist dann nur noch so dünn wie die Löcher anfangs tief waren oder noch ein wenig dünner. Zur Stabilisierung des Wafers bei den Dünnungsprozessen, wie z. B. dem Schleifen, Nass-Ätzen oder Polieren, wird dieser bevorzugt auf ein Träger-Substrat reversibel aufgeklebt. Nach dem Rückseiten-Dünnen wird die erste Stützfolie, z. B. 20a, mit den bereits darauf hergestellten Elektroden 18a und den strukturierten, offenen Bereichen 22a in passender Weise angebracht, wie z. B. aufgeklebt oder auflaminiert. Dann wird diese Folie samt der porig geätzten Silizium-Folie vom Trägersubstrat abgelöst und die so freigelegte Seite 12b der Filtermembran 12 mit der zweiten Elektrodenstruktur bzw. mit der zweiten Stützfolie 20b versehen, wie z. B. durch Kleben oder Laminieren, wobei die zweite Stützfolie 20b wiederum bereits mit der darauf hergestellten Elektrodenschicht 18b versehen sein kann. Die dünne Silizium-Filtermembran ist danach beidseitig mit einer Stützfolie versehen und somit ausreichend robust, um einer Montage und dem Betrieb in einem durchgeströmten Rohr oder Schlauch, wie z. B. 70 in 5, widerstehen zu können.
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Alternativ wäre es natürlich auch denkbar, dass die strukturierten Elektrodenschichten 18a und 18b zumindest teilweise auch direkt auf der Silizium-Membran aufgebracht sind. Insbesondere könnte eine der beiden Stützfolien 20a und 20b fehlen.
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Ferner wäre es möglich, dass die Filtermembran 12 eine polymere Filtermembran ist. Mögliche Materialien für die Filtermembran 12 wären dann Polyamid, Polyethylen, Polyimid, Polysulfonamid, Polypropylen usw. In diesem Fall würde die Polymermembran 12 zwischen eine obere und eine untere Folie 20a, 20b mit den Elektrodenschichten 18a und 18b einlaminiert werden können.
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Die obigen Ausführungsbeispiele zeigten folglich eine Kombination eines Mikrofilters mit einer elektrischen Messung zur Detektion des Filterzustands. Gemäß Ausführungsbeispielen würde eine Messung der elektrischen Eigenschaft eines Mediums direkt vor und/oder nach einer Filtermembran durchgeführt und vorzugsweise die Messwerte miteinander verglichen werden. Die Ausführungsbeispiele besitzen dabei verschiedene Vorteile, zu denen u. a. die folgenden gehören. Mittels der elektrischen Messung kann der Filterzustand kontinuierlich überwacht werden. Sehr kleine Mengen an Inhaltsstoffen werden von dem Filter angesammelt und sind dann messtechnisch erfassbar. Ein erforderlicher Austausch des Filters kann also im eingebauten Zustand bzw. selbst erkannt werden. Ein unnötiges Austauschen wird somit vermieden. Die insbesondere Bezug nehmend auf 3 und 4 beschriebene Möglichkeit der parallelen Messung an dem Medium vor und hinter den Fluidfiltern eliminiert viele mögliche Messfehler, wie z. B. eine Veränderung des Messsignals aufgrund von Temperaturänderung oder einer Änderung der Zusammensetzung des Mediums. Vorteilhaft ist auch, dass die Filtermembran kostengünstig in Folientechnik realisierbar ist. Da das Material der Filtermembran zudem grundsätzlich frei wählbar ist, kann sie auch aus Silizium hergestellt werden, was wiederum biologisch neutral ist, d. h. den Zustand von lebenden Zellen nicht zerstört. Somit sind die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele auch für den Einsatz in dem Zusammenhang mit der Filterung lebender Zellen geeignet. Das Hintereinanderschalten mehrerer solcher Filterelemente bzw. Fluidfilter mit jeweils abnehmender Porengröße d (vgl. 1) in Fließrichtung 74 (vgl. 5) von Filter zu Filter ermöglicht zudem das Sortieren von Inhaltsstoffen eines Mediums in Abhängigkeit von der Teilchengröße. Auf diese Weise könnte auch eine Sortierung von Zellen erzielt werden, wobei die abschnittsweise gefilterten Zellen weiterhin nutzbar bleiben würden. Die elektrische Messung könnte auch dazu genutzt werden, um unterschiedliche Inhaltsstoffe zu detektieren bzw. unterschiedliche Zelltypen zu unterscheiden und zu erkennen, wie es im Vorhergehenden bereits erwähnt wurde.
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Die obigen Ausführungsbeispiele sind somit insbesondere anwendbar bei der Sterilfiltration, beim Sortieren von Zellen in Flüssigkeiten, zum Nachweis von Keimen in Luftversorgungseinrichtungen, in der Trinkwasserkontrolle, der Produktionsüberwachung bei der Herstellung von Milch, Wein, Bier, Säften oder anderen flüssigen oder fließfähigen Nahrungsmitteln usw.
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In anderen Worten ausgedrückt, beschreiben obige Ausführungsbeispiele u. a. eine Vorrichtung zum Selektieren und Detektieren von organischen oder anorganischen Teilchen oder Organismen aus einer Flüssigkeits- oder Gasströmung, wobei in unmittelbarer Nähe vor und wahlweise auch hinter einem Filterelement eine elektrische Messung ausgeführt wird, die eine Änderung der dielektrischen Eigenschaften des durchströmenden Mediums nachweist. Optional kann auf beiden Seiten der Filtermembran eine Elektrodenstruktur aufgebracht sein, an der ein elektrisches Potenzial angelegt werden kann. Das an den Elektroden angelegte Potenzial kann elektrische Feldlinien erzeugen, die den Bereich oberhalb und unterhalb der Filtermembran durchdringen. Das elektrische Potenzial kann allerdings auch zwischen einer Elektrode vor dem Filter und der leitfähigen Filtermembran selbst angelegt werden. Die elektrische Messung an den Elektroden kann eine Impedanzmessung bei einer vorbestimmten Frequenz umfassen. Die elektrische Messung an den Elektroden kann zusätzlich oder alternativ eine ohmsche Leitfähigkeitsmessung umfassen. Wiederum zusätzlich oder alternativ kann eine elektrochemische Messmethode zur elektrischen Messung an den Elektroden eingesetzt werden, wie z. B. die Erfassung eines Cyclovoltagramms, das Durchführen eines Differentialprüfverfahrens, das Durchführen einer elektrochemischen Impedanzmessung usw. Die elektrische Messung könnte aber zusätzlich oder alternativ eine Kapazitätsmessung umfassen. Die elektrischen Messungen können dabei insbesondere als Zeitreihe ausgeführt werden, wobei eine Auswertung mit multivariaten Verfahren möglich ist. Die elektrische Messung wird dann genutzt, um einen Belag oder eine Verstopfung vor dem Filter zu detektieren. Die elektrische Messung kann auch genutzt werden, um Krankheitserreger, biologische Zellen oder Keime in einem strömenden Medium zu detektieren. Die elektrische Messung kann insbesondere auch dazu genutzt werden, um Zellen zu unterscheiden. Die zuvor erwähnten offenen Poren des Filterelements können einen Durchmesser von 0,1 μm bis 100 μm aufweisen. Die Filtermembran kann, wie es beschrieben worden ist, aus einem dünnen Siliziumfilm bestehen, der geätzte Poren aufweist. Dabei kann die Filtermembran durch ein oder mehrere Stützfolien mit Öffnungen stabilisiert werden. Das Siliziummaterial der Filtermembran kann hochdotiert sein, so dass die Filtermembran auch als Elektrode dienen kann. Alternativ kann die Filtermembran mit einer Metallisierungsschicht versehen sein, wie z. B. ein mit einer Metallisierungsschicht versehener Siliziumfilm. Die Filtermembran kann allerdings auch aus einem isolierenden Material bestehen, wie z. B. ein Polymerfilm sein.
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Insbesondere wird darauf hingewiesen, dass alternativ zu den oben dargestellten Ausführungsbeispielen auch die Möglichkeit besteht, dass nur eine der Hauptseiten der Filtermembran mit einer Elektrodenstruktur versehen ist und die zuvor erwähnte Messung somit auch nur auf einer Seite ausgeführt wird, nämlich vorzugsweise der angeströmten Seite.
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Wie es im Vorhergehenden erwähnt worden ist, kann die Hintereinanderschaltung von mehreren zuvor beschriebenen Filterelementen bzw. Fluidfiltern unterschiedlicher Porengröße dazu genutzt werden, um Inhaltsstoffe des Mediums zu selektieren. Die Hintereinanderschaltung von mehreren Filterelementen bzw. Fluidfiltern unterschiedlicher Porengröße kann dabei ebenfalls genutzt werden, um biologische Zellen zu selektieren. Die elektrische Messung kann dazu genutzt werden, unterschiedliche Zelltypen zu erkennen. Durch Durchleiten von Medien mit speziellen Eigenschaften durch die zuvor beschriebenen Fluidfilter kann eine Differenzierung des Belags auf dem Filter durchgeführt werden. Dies könnten z. B. Chemikalien sein, auf die bestimmte Zelltypen spezifisch reagieren oder mit bestimmten Belägen eine chemische Reaktion durchführen.
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Ein weitere mögliche Anwendung einer der oben beschriebenen Fluidfilter ist in 6 gezeigt. Insbesondere zeigt 6 eine Zellwachstumsvorrichtung, wobei hier wieder der Fluidfilter von 3 stellvertretend für alle im Vorhergehenden beschriebenen Fluidfilter gezeigt ist. Der Fluidfilter ist in einem Fluidkanal 70. der Biowachstumsvorrichtung eingebaut bzw. angeordnet. Der Kanal 70 ist an einem ersten Ende mit einem Volumen 90 gekoppelt, das mit einer Flüssigkeit 92 gefüllt ist, in der sich Zellen 76 befinden. Die Zellen schweben in der Flüssigkeit 92. Der Kanal 70 bildet einen Abfluss oder einen Ab- und Zufluss für die Flüssigkeit 90. Zum Bewirken des Abflusses umfasst die Zellwachstumsvorrichtung eine Pumpe, wie z. B. eine Mikropumpe, 94 und eine Steuereinrichtung 96, die nicht nur mit der Mikropumpe 94 zur Ansteuerung der Mikropumpe 94 gekoppelt ist, sondern auch mit den Elektroden des Fluidfilters, um als die im Vorhergehenden erwähnte Steuereinrichtung zu fungieren, um die elektrischen Messungen und die Auswertung derselben durchzuführen, um den Verstopfungsgrad und/oder die Bestimmung des Vitalzustands der in dem Fluidfilter hängen gebliebenen Zellen 76 durchzuführen. Ggf. weist die Zellwachstumsvorrichtung ferner eine Nachströmungsöffnung 98 auf, durch die beim Abfließen der Flüssigkeit 92 entweder die gleiche oder eine Ersatzflüssigkeit 100 nachströmen kann. Die Steuereinrichtung 96 steuert nun die Pumpe 94 und die Elektroden des Fluidfilters folgendermaßen an. Die Zellen 76 schweben in dem Volumen 92 in der Flüssigkeit 92, um dort zu wachsen. Die Steuereinrichtung 96 steuert nun die Pumpe 94 intermittierend so an, dass die Flüssigkeit 92 durch den Kanal 70 abfließt und dabei durch den Fluidfilter strömt, der sich vorzugsweise zusammen mit der Pumpe 94 in dem Kanal 70 befindet, und zwar vorzugsweise – aber nicht zwingend – zwischen Pumpe 94 und Volumen 92. Um nun die Menge oder die Vitalfunktionen der Zellen elektrisch zu erkennen, veranlasst die Steuereinrichtung intermittierend, dass die Flüssigkeit 92 aus dem Volumen bzw. der Kammer 92 gepumpt wird, so dass die Zellen von dem Fluidfilter herausgefiltert werden und einer der oben genannten elektrischen Messungen mit einer der oben genannten Auswertungen unterzogen werden können, so dass die Steuereinrichtung 96 beispielsweise anhand der elektrischen Messungen feststellen kann, wie viel Zellen gewachsen sind und wie die Vitalfunktion derselben ist. Die Steuereinrichtung 96 schaltet dann den Durchströmungsvorgang bzw. die Pumpe 94 wieder ab und beendet die elektrische Messung, so dass die Zellen 76 wieder gemütlich in der Kammer 90 weiterwachsen können. Optional kann die Pumpe 94 nicht nur unidirektional, sondern auch bidirektional arbeiten, so dass anstelle des Ausschaltens die Steuereinrichtung 96 auch kurzzeitig ein Zurückströmen durch den Kanal 70 in die Kammer 90 veranlassen könnte, so dass die herausgefilterten Zellen 76 leichter wieder in die Kammer 90 zurückkehren können. In anderen Worten ausgedrückt, ermöglicht die Zellwachstumsvorrichtung von 6 ein gesteuertes Ein- und Ausschalten eines Mediumstromes zur Messung mit einem Fluidfilter, um einen Wachstumsvorgang von Zellen 76 in einer Kammer 90 zu ermöglichen. Die Kammer 90, der Kanal 70 und die Öffnung 98 können auch durch Teile ein und desselben Kanals gebildet sein. Ferner ist kann die in 6 eingezeichnete Grenzfläche zwischen Flüssigkeit 92 und Ausgleichsfluid fehlen, wenn beispielsweise ein und dieselbe Flüssigkeit immer in einer Richtung durch die Kammer 90 geleitet wird.
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Ferner wird darauf hingewiesen, dass, obwohl die vorhergehenden Ausführungsbeispiele jeweils eine Filtermembran aus Silizium oder Polymer zeigten, die oben oder oben und unten mit jeweils einer polymeren Deckfolie versehen war, die eine strukturierte Elektrodenschicht trägt, können verschiedene Variationen durchgeführt werden, die im Vorhergehenden nicht explizit beschrieben worden sind. Beispielsweise ist es möglich, dass nur ein Abschnitt 24a vorgesehen ist bzw. nur ein Paar von einander gegenüber liegenden Abschnitten 24a, b.
