DE102011005932B4 - Fluidic system for bubble-free filling of a microfluidic filter chamber and method for bubble-free filling and method for filtering a liquid with such a system - Google Patents
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Abstract
Fluidisches System zur blasenfreien Befüllung einer mikrofluidischen Filterkammer (10) umfassend einen Mehrschichtaufbau aus mindestens zwei Schichten (11, 14) und eine mikrofluidische Filterkammer (10) umfassend einen Filter (3), einen Entlüftungskanal (4), einen Einlasskanal (1) und einen Auslasskanal (6),wobei der Filter (3) zwischen Einlasskanal (1) und Auslasskanal (6) eingefügt ist, und wobei der Entlüftungskanal (4) vom Einlasskanal (1) abzweigt undwobei der Durchfluss durch die mikrofluidische Filterkammer mittels eines Ventils (5) im Entlüftungskanal (4) regulierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen den zwei Schichten (11, 14) eine elastische Folie (12) befindet, die als Ventil (5) wirkt.Fluidic system for bubble-free filling of a microfluidic filter chamber (10) comprising a multilayer structure made up of at least two layers (11, 14) and a microfluidic filter chamber (10) comprising a filter (3), a ventilation channel (4), an inlet channel (1) and a Outlet channel (6), the filter (3) being inserted between the inlet channel (1) and outlet channel (6), and the ventilation channel (4) branching off from the inlet channel (1), and the flow through the microfluidic filter chamber being controlled by a valve (5) in the ventilation duct (4) can be regulated, characterized in that between the two layers (11, 14) there is an elastic film (12) which acts as a valve (5).
Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein fluidisches System zur blasenfreien Befüllung einer mikrofluidischen Filterkammer und zum Filtern von Flüssigkeiten, ein Verfahren zum blasenfreien Befüllen einer mikrofluidischen Filterkammer des erfindungsgemäßen Systems und ein Verfahren zum Filtern von Flüssigkeiten.The subject matter of the present invention is a fluidic system for bubble-free filling of a microfluidic filter chamber and for filtering liquids, a method for bubble-free filling of a microfluidic filter chamber of the system according to the invention and a method for filtering liquids.
Stand der TechnikState of the art
In der Molekularbiologie und der molekularen Diagnostik werden oftmals Filtrierungs- oder Festphasen-Extraktionsschritte durchgeführt. Zweck kann z.B. die Akkumulation von Bakterien oder die Aufreinigung von DNA-Fragmenten sein. Je nach Anwendung kommen als Filter Gewebematten oder Partikelschüttungen aus Glas, Silikaten, Oxiden, Polymeren etc. zum Einsatz. Als Bestandteil von Kits sind in Kunststoffröhrchen (sogenannte Tubes) eingepresste Filter kommerziell erhältlich, z.B. QIAquick Purification Kit der Firma Qiagen ®, solche Filter sind bekannt aus der
Neuerdings wird verstärkt versucht, molekularbiologische Abläufe (sogenannte Assays) in mikrofluidische Systeme zu integrieren. Ein derartiges System wird auch als Lab-on-Chip (LOC) oder Micro-Total-Analysis-System (µTAS) bezeichnet. Zu den Besonderheiten eines LOC-Systems gehören:
- Die Zeitersparnis bei der Durchführung des Assays. Es werden nur geringere Mengen an Reagenzien und Proben benötigt. Der Arbeitsaufwand für den Bediener wird reduziert. Es gibt weniger Möglichkeiten für den Bediener, Fehler zu machen. Das System kann portabel ausgeführt werden.
- The time saved in running the assay. Only small quantities of reagents and samples are required. The workload for the operator is reduced. There is less opportunity for the operator to make mistakes. The system can be made portable.
Anwendungen für LOC-Systeme finden sich in der molekularen Diagnostik, in der Umweltanalytik, etc. Eine Möglichkeit, einen Filter in ein mikrofluidisches LOC-System zu integrieren, ist in der
Die Druckschriften
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Gegenstand der Erfindung ist ein fluidisches System zur blasenfreien Befüllung einer mikrofluidischen Filterkammer umfassend einen Mehrschichtaufbau aus mindestens zwei Schichten und eine mikrofluidische Filterkammer umfassend einen Filter, einen Entlüftungskanal, einen Einlasskanal und einen Auslasskanal, wobei der Filter zwischen Einlasskanal und Auslasskanal eingefügt ist, wobei der Entlüftungskanal vom Einlasskanal abzweigt und der Durchfluss durch die mikrofluidische Filterkammer mittels eines Ventils des Entlüftungskanals regulierbar ist, wobei eine zwischen den zwei Schichten befindliche Folie als Ventil wirkt.The subject matter of the invention is a fluidic system for bubble-free filling of a microfluidic filter chamber comprising a multilayer structure made up of at least two layers and a microfluidic filter chamber comprising a filter, a ventilation channel, an inlet channel and an outlet channel, the filter being inserted between the inlet channel and the outlet channel, the ventilation channel being inserted branches off from the inlet channel and the flow through the microfluidic filter chamber can be regulated by means of a valve of the ventilation channel, with a film located between the two layers acting as a valve.
Das erfindungsgemäße System weist folgende vorteilhafte Eigenschaften auf: Die mikrofluidische Filterkammer kann blasenfrei befüllt werden. Es werden beim Befüllen keine Luftblasen eingeschlossen. Ein Verstopfen des Filters wird somit verhindert. Der Filter wird homogen angeströmt. Flüssigkeitsströme können genau reguliert werden. Das vollständige Ausspülen des Filters ist gewährleistet. Es kommt nicht zur Verstopfung von Komponenten oder zum Ablauf unerwünschter Reaktionen. Das Mischen von Flüssigkeiten wird erleichtert. Die Schaumbildung wird verhindert. Der fluidische Widerstand des Systems wird konstant gehalten. In der Filterkammer enthaltene Reagenzien können kontrolliert ausgetauscht werden.The system according to the invention has the following advantageous properties: The microfluidic filter chamber can be filled without bubbles. No air bubbles are trapped during filling. This prevents the filter from becoming clogged. The filter is flown homogeneously. Liquid flows can be precisely regulated. Complete rinsing of the filter is guaranteed. There is no clogging of components or the occurrence of undesired reactions. Mixing liquids is made easier. Foam formation is prevented. The fluidic resistance of the system is kept constant. Reagents contained in the filter chamber can be exchanged in a controlled manner.
Erfindungsgemäß umfasst die mikrofluidische Filterkammer ein Ventil zum kontrollierbaren Durchlass durch den Entlüftungskanal. Dies dient dazu, den Durchlass von Flüssigkeit oder Gas zu regulieren.According to the invention, the microfluidic filter chamber includes a valve for the controllable passage through the ventilation channel. This serves to regulate the passage of liquid or gas.
Eine besondere Ausführungsform der mikrofluidischen Filterkammer ist dadurch gekennzeichnet, dass der Entlüftungskanal entweder an die Atmosphäre führt oder in ein separates Reservoir führt. Dies dient dazu, die Luft abzuführen.A particular embodiment of the microfluidic filter chamber is characterized in that the ventilation channel either leads to the atmosphere or leads to a separate reservoir. This is to evacuate the air.
Eine andere besondere Ausführungsform der mikrofluidische Filterkammer ist dadurch gekennzeichnet, dass der Entlüftungskanal nach dem Filter in den Auslasskanal mündet. Dies dient dazu, die Luft abzuführen.Another special embodiment of the microfluidic filter chamber is characterized in that the ventilation channel opens into the outlet channel after the filter. This is to evacuate the air.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die mikrofluidische Filterkammer dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskanal vor und/oder nach dem Filter erweitert ist. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der mikrofluidischen Filterkammer ist dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskanal vor dem Filter erweitert ist, um ein homogenes Anströmen des Filters mit Flüssigkeiten zu gewährleisten. Eine ebenfalls besonders bevorzugte Ausführungsform der mikrofluidischen Filterkammer ist dadurch gekennzeichnet, dass der Auslasskanal nach dem Filter erweitert ist.In a preferred embodiment of the invention, the microfluidic filter chamber is characterized in that the inlet channel is widened before and/or after the filter. A particularly preferred embodiment of the microfluidic filter chamber is characterized in that the inlet channel is widened in front of the filter in order to ensure that liquids flow onto the filter homogeneously. A likewise particularly preferred embodiment of the microfluidic filter chamber is characterized in that the outlet channel is widened after the filter.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung sind eine oder mehrere Schichten strukturierte Ebenen.In a particular embodiment of the invention, one or more layers are structured planes.
Eine besondere Ausführungsform der Erfindung betrifft ein fluidisches System umfassend einen Deckel, eine erste strukturierte Ebene und eine zweite strukturierte Ebene, einen Einlasskanal, eine Erweiterung des Einlasskanals, einen Filter, ein Ventil und einen Auslasskanal. Gegebenenfalls kann das fluidische System außerdem eine Kanaldurchführung umfassen.A particular embodiment of the invention relates to a fluidic system comprising a cover, a first structured level and a second structured level, an inlet channel, an extension of the inlet channel, a filter, a valve and an outlet channel. Optionally, the fluidic system can also include a passage through a channel.
Eine weitere besondere Ausführungsform der Erfindung betrifft ein fluidisches System, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen der ersten strukturierten Ebene und der zweiten strukturierten Ebene eine elastische Folie befindet.A further special embodiment of the invention relates to a fluidic system, characterized in that an elastic film is located between the first structured level and the second structured level.
In einer besonderen Ausführungsform umfasst das fluidische System zur blasenfreien Befüllung einer mikrofluidischen Filterkammer noch mindestens ein weiteres Ventil.In a particular embodiment, the fluidic system for bubble-free filling of a microfluidic filter chamber includes at least one additional valve.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur blasenfreien Befüllung einer mikrofluidischen Filterkammer des erfindungsgemäßen Systems, umfassend einen Filter und einen Entlüftungskanal, wobei eine Flüssigkeit durch den Einlasskanal zum Filter gepumpt wird, während das Ventil im Entlüftungskanal offen ist, und
wobei dann der Filter kapillar befüllt wird, und wobei dann der Kanalbereich vor dem Filter, der Entlüftungskanal und der Kanalbereich nach dem Filter befüllt werden, und danach das Ventil geschlossen wird.The subject matter of the invention is also a method for bubble-free filling of a microfluidic filter chamber of the system according to the invention, comprising a filter and a ventilation channel, with a liquid being pumped through the inlet channel to the filter while the valve in the ventilation channel is open, and
then the filter is filled capillary, and then the channel area before the filter, the ventilation channel and the channel area are filled after the filter, and then the valve is closed.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Filtern einer Flüssigkeit in der mikrofluidischen Filterkammer des erfindungsgemäßen Systems, wobei zuerst die mikrofluidische Filterkammer blasenfrei mit einer Flüssigkeit befüllt wird, indem eine Flüssigkeit durch den Einlasskanal zum Filter gepumpt wird, während das Ventil im Entlüftungskanal offen ist, dann der Filter kapillar befüllt wird, dann
der Kanalbereich vor dem Filter, dann der Entlüftungskanal und dann der Kanalbereich nach dem Filter befüllt wird, und anschließend das Ventil geschlossen wird, und danach die zu filternde Flüssigkeit durch den Einlasskanal einströmt und dann durch den Filter in den Auslasskanal strömt.The invention also relates to a method for filtering a liquid in the microfluidic filter chamber of the system according to the invention, the microfluidic filter chamber first being filled with a liquid without bubbles, by a liquid being pumped through the inlet channel to the filter while the valve in the vent channel is open, then the filter is filled capillary, then
the channel area in front of the filter, then the ventilation channel and then the channel area after the filter is filled, and then the valve is closed, and then the liquid to be filtered flows in through the inlet channel and then flows through the filter into the outlet channel.
Der Filter kann ein Gewebefilter oder ein Silikafilter sein. Beispielsweise kommen als Filter Gewebematten oder Partikelschüttungen aus Glas, Silikaten, Oxiden oder Polymeren zum Einsatz Grundsätzlich können alle Filter verwendet werden, die sich für fluidische Systeme, insbesondere für mikrofluidische Systeme eignen. Der Radius des Filters wird an die Abmessung der mikrofluidischen Filterkammer angepasst. Er kann zwischen 1 und 25 mm liegen. Vorzugsweise ist der Radius des Filters 2 bis 5 mm, besonders bevorzugt 3,5 mm.The filter can be a fabric filter or a silica filter. For example, fabric mats or particle beds made of glass, silicates, oxides or polymers are used as filters. In principle, all filters that are suitable for fluidic systems, in particular for microfluidic systems, can be used. The radius of the filter is adapted to the dimensions of the microfluidic filter chamber. It can be between 1 and 25 mm. The radius of the filter is preferably 2 to 5 mm, particularly preferably 3.5 mm.
Fluidische Kanäle sind Kanäle, durch die die Flüssigkeit in einem mikrofluidischen System strömen kann. Die Abmessungen der fluidischen Kanäle werden an die betreffenden Anforderungen angepasst. Zu den fluidischen Kanälen gehören der Einlasskanal, der Auslasskanal, der Entlüftungskanal und die Kanalerweiterung. Zu den fluidischen Kanälen gehört auch die Kanaldurchführung. Die fluidischen Kanäle haben beispielsweise einen Durchmesser bzw. eine Breite von 0,05 bis 2 mm, vorzugsweise von 0,2 bis 1 mm, besonders bevorzugt 0.3 oder 0.5 mm, und eine Tiefe von 0,05 bis 1.5 mm, vorzugsweise von 0,2 bis 1 mm, besonders bevorzugt 0.3 oder 0.5 mm.Fluidic channels are channels through which the liquid can flow in a microfluidic system. The dimensions of the fluidic channels are adapted to the requirements in question. The fluidic channels include the inlet channel, the outlet channel, the ventilation channel and the channel extension. The passage of the channel also belongs to the fluidic channels. The fluidic channels have, for example, a diameter or a width of 0.05 to 2 mm, preferably 0.2 to 1 mm, particularly preferably 0.3 or 0.5 mm, and a depth of 0.05 to 1.5 mm, preferably 0. 2 to 1 mm, particularly preferably 0.3 or 0.5 mm.
Der Entlüftungskanal ist regulierbar, d.h. der Durchfluss von Flüssigkeit oder Gas durch den Entlüftungskanal kann reguliert werden. Der Entlüftungskanal kann über ein Ventil reguliert werden. Das Ventil kann geöffnet, teilweise geöffnet oder verschlossen sein.The ventilation channel is adjustable, i.e. the flow of liquid or gas through the ventilation channel can be regulated. The ventilation channel can be regulated via a valve. The valve can be open, partially open or closed.
Ventile dienen der Regulation der Flüssigkeitsströme in einer fluidischen Filterkammer und in den fluidischen Systemen. Beispielsweise kann eine elastische Folie, die sich zwischen zwei Schichten befindet, als Ventil fungieren. Weitere Beispiele für Ventile sind Drehventile oder externe Magnetventile. Die Erfindung ist aber nicht auf die genannten Ventile beschränkt, vielmehr sind alle Systeme umfasst, mit denen eine Regulation von Flüssigkeits- oder Gasströmen in fluidischen Systemen möglich ist.Valves are used to regulate the liquid flows in a fluidic filter chamber and in the fluidic systems. For example, an elastic film sandwiched between two layers can act as a valve. Other examples of valves are rotary valves or external solenoid valves. The invention is but not limited to the valves mentioned, rather all systems are included with which a regulation of liquid or gas flows in fluidic systems is possible.
Das fluidische System kann ein mikrofluidisches System sein. In einer besonderen Ausführungsform befindet sich die mikrofluidische Filterkammer in einer Schicht. Erfindungsgemäß ist die mikrofluidische Filterkammer in einem Mehrschichtaufbau realisiert. In einer besonderen Ausführungsform handelt es sich um einen Mehrschichtaufbau, der aus mehreren unterschiedlichen Schichten besteht. In einer anderen besonderen Ausführungsform handelt es sich um einen Mehrschichtaufbau, der aus mehreren gleichen Schichten aufgebaut ist. Ein Mehrschichtaufbau umfasst beispielsweise zwei bis zwanzig oder mehr Schichten. Dabei kann sich die mikrofluidische Filterkammer nur in einer Schicht befinden oder sich über mehrere Schichten erstrecken. In einer besonderen Ausführungsform erstreckt sich die mikrofluidische Filterkammer auf zwei oder drei oder mehr Schichten. Die Schicht kann beispielsweise ein Polymer sein. Die Schicht kann beispielsweise aus Polykarbonat, Polypropylen, Polyethylen, Polystyrol oder einem zyklischen Polyolefin bestehen. Die Schicht kann auch aus Glas oder Silizium bestehen. Die Schicht kann strukturiert sein, beispielsweise mittels Spritzguss, Heißprägen, Fräsen, Sandstrahlen oder Ätzen. Einzelne Schichten können deformierbar sein. Beispielsweise kann eine Schicht eine Folie sein, besonders bevorzugt eine elastische Folie, beispielsweise ein Elastomer oder ein thermoplastisches Elastomer, insbesondere ein Polyurethan-basiertes thermoplastisches Elastomer. In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind einzelne Schichten 0,05 bis 10 mm dick. Vorzugsweise haben einzelne Schichten eine Dicke von 0,1 mm, 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, 2,5 mm, 3 mm, 3,5 mm, 4 mm, 4,5 mm, 5 mm.The fluidic system can be a microfluidic system. In a special embodiment, the microfluidic filter chamber is located in one layer. According to the invention, the microfluidic filter chamber is realized in a multi-layer structure. A special embodiment involves a multi-layer structure consisting of several different layers. Another special embodiment involves a multi-layer structure, which is built up from several identical layers. A multi-layer structure includes, for example, two to twenty or more layers. The microfluidic filter chamber can be located in only one layer or can extend over several layers. In a particular embodiment, the microfluidic filter chamber extends over two or three or more layers. The layer can be a polymer, for example. The layer can consist of, for example, polycarbonate, polypropylene, polyethylene, polystyrene or a cyclic polyolefin. The layer can also consist of glass or silicon. The layer can be structured, for example by means of injection molding, hot stamping, milling, sandblasting or etching. Individual layers can be deformable. For example, a layer can be a film, particularly preferably an elastic film, for example an elastomer or a thermoplastic elastomer, in particular a polyurethane-based thermoplastic elastomer. In preferred embodiments of the invention, individual layers are 0.05 to 10 mm thick. Preferably, individual layers have a thickness of 0.1 mm, 0.5 mm, 1 mm, 1.5 mm, 2 mm, 2.5 mm, 3 mm, 3.5 mm, 4 mm, 4.5 mm, 5 mm.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind die fluidischen Kanäle an bestimmten Stellen erweitert, d.h. sie weisen dort einen im Vergleich zum Einlasskanal beziehungsweise Auslasskanal größeren Querschnitt oder Durchmesser auf. Beispielsweise kann der Einlasskanal unmittelbar vor dem Filter erweitert sein, um eine homogene Anströmung zu erreichen. Auch kann der Auslasskanal unmittelbar nach dem Filter erweitert sein. Bei lateraler Anströmung ist der Einlasskanal oder Auslasskanal vor bzw. nach dem Filter beispielsweise über eine Länge von 5 mm bis 10 mm erweitert. Bei transversaler Anströmung befindet sich beispielsweise vor bzw. nach dem Filter eine Kavität, die eine Höhe zwischen 0.5 mm und 2 mm, beispielsweise von 1 mm, hat und im Durchmesser zwischen 0.5 mm und 3 mm, beispielsweise 2 mm, kleiner ist als der Durchmesser des Filters. In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung befinden sich in den Erweiterungen der fluidischen Kanäle sogenannte Phaseguides, d.h. Strukturen (z.B. Kanten), die durch Pinning-Effekte die Befüllung der Kanalerweiterung steuem. Solche Strukturen können sich beispielsweise in der Erweiterung des Einlasskanals befinden, um die Befüllung der Kanalerweiterung zu steuern und eine gleichmäßige Befüllung zu gewährleisten.In particularly preferred embodiments of the invention, the fluidic channels are widened at certain points, i.e. they have a larger cross section or diameter there compared to the inlet channel or outlet channel. For example, the inlet channel can be widened immediately in front of the filter in order to achieve a homogeneous inflow. The outlet channel can also be widened immediately after the filter. In the case of a lateral flow, the inlet channel or outlet channel before or after the filter is widened over a length of 5 mm to 10 mm, for example. In the case of transverse flow, there is a cavity before or after the filter, for example, which has a height of between 0.5 mm and 2 mm, for example 1 mm, and a diameter of between 0.5 mm and 3 mm, for example 2 mm, which is smaller than the diameter of the filter. In a particular embodiment of the invention, so-called phase guides are located in the expansions of the fluidic channels, i.e. structures (e.g. edges) which control the filling of the channel expansion through pinning effects. Such structures can be located, for example, in the enlargement of the inlet duct in order to control the filling of the duct enlargement and to ensure uniform filling.
Insbesondere bei der Integration der mikrofluidischen Filterkammern in das mikrofluidische System wird der zum Filter führende Kanal vor und nach dem Filter erweitert, um in diesen Systemen ein homogenes Anströmen des Filters zu erreichen. Diese Erweiterung wird bevorzugt durch einen variablen Querschnitt der zum Filter führenden Kanäle erreicht. Diese Kanäle sind beispielsweise trichterförmig zum Filter hin geöffnet.In particular, when the microfluidic filter chambers are integrated into the microfluidic system, the channel leading to the filter is widened before and after the filter in order to achieve a homogeneous inflow of the filter in these systems. This expansion is preferably achieved by a variable cross section of the channels leading to the filter. These channels are, for example, funnel-shaped open towards the filter.
Bei der mikrofluidischen Filterkammer wird zuerst der Kanalbereich vor dem Filter vollständig befüllt. Die Luftblasen können durch den regulierbaren Entlüftungskanal entweichen, wenn das Ventil geöffnet ist. Dadurch ist eine blasenfreie Befüllung des Filters und der Filterkammer möglich. Es wird dadurch vermieden, dass sich bei der Befüllung der Filter schnell kapillar füllt und so das Entweichen der sich vor dem Filter in der Kanalerweiterung befindenden Luft verhindert wird. Kann die Luft nicht entweichen, bleiben vor und gegebenenfalls auch nach dem Filter Luftblasen eingeschlossen. Diese Luftblasen stören die homogene Anströmung des Filters und können außerdem zum kompletten oder teilweisen Verstopfen des Filters und/oder zu Schaumbildung führen, wodurch das vollständige Ausspülen des Filters unmöglich wird. In einer besonderen Ausführungsform der mikrofluidischen Filterkammer mündet der Entlüftungskanal in den Kanalbereich nach dem Filter. Dadurch wird auch dieser Bereich blasenfrei befüllt und ein zusätzlicher fluidischer Anschluss wird eingespart.In the microfluidic filter chamber, the channel area in front of the filter is completely filled first. The air bubbles can escape through the adjustable vent channel when the valve is open. This enables bubble-free filling of the filter and the filter chamber. This prevents the filter from quickly filling with capillaries when it is being filled, thus preventing the air in front of the filter in the duct extension from escaping. If the air cannot escape, air bubbles remain trapped before and possibly also after the filter. These air bubbles disturb the homogeneous inflow of the filter and can also lead to complete or partial clogging of the filter and/or to foaming, which makes it impossible to completely rinse out the filter. In a special embodiment of the microfluidic filter chamber, the ventilation channel opens into the channel area after the filter. As a result, this area is also filled without bubbles and an additional fluidic connection is saved.
Die mikrofluidische Filterkammer ist in allen fluidischen Systemen einsetzbar, in denen ein Filter eingesetzt wird, beispielsweise in polymeren Lab-on-Chip (LOC)- und Micro-Total-Analysis-Systemen (µTA-Systemen) zur molekularen Diagnostik.The microfluidic filter chamber can be used in all fluidic systems in which a filter is used, for example in polymeric lab-on-chip (LOC) and micro-total analysis systems (µTA systems) for molecular diagnostics.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen
-
1a Schematische Darstellung einer mikrofluidischen Filterkammer 10Ausführungsform 1. -
1b Schematische Darstellung einer mikrofluidischen Filterkammer 10Ausführungsform 2. -
2 Schematische Darstellung eines fluidischen Systems (Querschnitt). -
3 Schematische Darstellung eines fluidischen Systems (Draufsicht). -
4 Schematische Darstellung eines fluidischen Systems (Seitenansicht).
-
1a Schematic representation of amicrofluidic filter chamber 10embodiment 1. -
1b Schematic representation of amicrofluidic filter chamber 10embodiment 2. -
2 Schematic representation of a fluidic system (cross-section). -
3 Schematic representation of a fluidic system (top view). -
4 Schematic representation of a fluidic system (side view).
Entsprechend der ersten Ausführungsform sind auch bei der zweiten Ausführungsform der Einlasskanal 1, die Kanalerweiterung 2 vor dem Filter 3, der Filter 3, die Kanalerweiterung 13 nach dem Filter 3 und der Auslasskanal 6 so angeordnet, dass der Einlasskanal trichterförmig in die Kanalerweiterung 2 vor dem Filter 3 führt, und die Kanalerweiterung 13 nach dem Filter 3 in den Auslasskanal 6 mündet. In der zweiten Ausführungsform ist der Entlüftungskanal 4 sowohl mit der Kanalerweiterung 2 vor dem Filter 3 als auch mit der Kanalerweiterung 13 nach dem Filter 3 verbunden. Der Entlüftungskanal 4 weist ein Ventil 5 auf. Durch das Ventil 5 kann der Durchfluss durch den Entlüftungskanal 4 aus der Kanalerweiterung 2 vor dem Filter 3 und der Kanalerweiterung 13 nach dem Filter 3 geregelt werden.According to the first embodiment, the
Der Einlasskanal 1 vor dem Filter 3 und/oder der Auslasskanal 6 nach dem Filter 3 können erweitert sein gegenüber dem Querschnitt des übrigen Einlasskanals 1 und Auslasskanals 6.The
Die Funktionsweise der mikrofluidischen Filterkammer 10 in der ersten Ausführungsform ist wie folgt:
- 6. Eine erste Flüssigkeit, z.B. Lösung oder Suspension, wird durch
den Einlasskanal 4zum Filter 3 gepumpt.Das Ventil 5 ist geöffnet. - 7.
Der Filter 3 befüllt sich kapillar. Im Bereich der Kanalerweiterung 2 befindet sich zunächst noch Luft. - 8. Da der Flusswiderstand des
Filters 3 deutlich größer ist als der desEntlüftungskanals 4, wird nun zunächst dieKanalerweiterung 2 vordem Filter 3 und ein Teil des Entlüftungskanals 4 befüllt. - 9.
Das Ventil 5 wird geschlossen. - 10. Das System ist komplett befüllt und der Filtrierungsvorgang beginnt.
- 6. A first liquid, eg solution or suspension, is pumped through the
inlet channel 4 to thefilter 3. Thevalve 5 is open. - 7. The
filter 3 fills up capillary. In the area ofduct extension 2 there is initially still air. - 8. Since the flow resistance of the
filter 3 is significantly greater than that of the ventingchannel 4, thechannel extension 2 in front of thefilter 3 and a part of the ventingchannel 4 are now filled first. - 9.
Valve 5 is closed. - 10. The system is completely filled and the filtration process begins.
Die Funktionsweise der mikrofluidischen Filterkammer 10 in der zweiten Ausführungsform ist wie folgt:
- 7. Eine erste Flüssigkeit, z.B. Lösung oder Suspension, wird durch
den Einlasskanal 1zum Filter 3 gepumpt.Das Ventil 5 ist geöffnet. - 8.
Der Filter 3 befüllt sich kapillar. Im Bereich der Kanalerweiterung 2 befindet sich zunächst noch Luft. - 9. Da der Flusswiderstand des
Filters 3 deutlich größer ist als der desEntlüftungskanals 4, wird nun zunächst dieKanalerweiterung 2 vordem Filter 3 und derEntlüftungskanal 4 befüllt. - 10.
Durch den Entlüftungskanal 4 wird dieKanalerweiterung 13 nachdem Filter 3 befüllt. - 11.
Das Ventil 5 wird geschlossen. - 12. Das System ist komplett befüllt und der Filtrierungsvorgang beginnt.
- 7. A first liquid, eg solution or suspension, is pumped through the
inlet channel 1 to thefilter 3. Thevalve 5 is open. - 8. The
filter 3 fills up capillary. In the area ofduct extension 2 there is initially still air. - 9. Since the flow resistance of the
filter 3 is significantly greater than that of the ventingchannel 4, thechannel extension 2 in front of thefilter 3 and the ventingchannel 4 are now filled first. - 10. The
channel extension 13 after thefilter 3 is filled through theventilation channel 4. - 11.
Valve 5 is closed. - 12. The system is completely filled and the filtration process begins.
Die zweite Ausführungsform, d.h. die Ausführungsform, bei der Entlüftungskanal 4 nach dem Filter 3 in den Auslasskanal 6 mündet, hat somit zudem den Vorteil, dass durch den Entlüftungskanal 4 die Kanalerweiterung 13 nach dem Filter 3 vollständig befüllt wird. Da der Flusswiderstand des Entlüftungskanals 4 deutlich geringer ist als der des Filters 3, erfolgt dieser Befüllungsvorgang blasenfrei und deutlich schneller als durch den Filter.The second embodiment, i.e. the embodiment in which the venting
Es ist möglich, die Filterkammer 10 nach Ablauf der Filtrierung mit einer zweiten Flüssigkeit zu befüllen und dabei die erste Flüssigkeit zu ersetzen. Dazu wird im einfachsten Fall die zweite Flüssigkeit über den Filter 3 gepumpt. Bei dieser Verfahrensweise besteht jedoch die Gefahr, dass in den Kanalerweiterungen (2, 13) vor und nach dem Filter 3 Rückstände der ersten Flüssigkeit zurückbleiben, die später ablaufende Reaktionen stören können. Diese Rückstände können entfernt werden, indem der Entlüftungskanal 4 nochmals kurz geöffnet und mit Flüssigkeit 2 gespült wird.It is possible to fill the
Die Funktionsweise der in den
- 8. Flüssigkeit strömt durch
den Einlasskanal 1 ein.Das Ventil 5 ist geöffnet. - 9. Die Flüssigkeit wird durch eine Durchführung 7 in die zweite, strukturierte Ebene 14 gelenkt und erreicht die
Kanalerweiterung 2. - 10.
Der Filter 3 wird kapillar benetzt. - 11. Die Flüssigkeit strömt durch
den Belüftungskanal 4, der eine weitere Durchführung undein Ventil 5 beinhaltet, in die erste,strukturierte Ebene 11 zurück und erreicht die Rückseite des Filters 3. - 12. Die an der Rückseite des
Filters 3 gelegene Kanalerweiterung wird befüllt. - 13.
Das Ventil 5 wird geschlossen. - 14. Die Flüssigkeit strömt
durch den Filter 3 inden Auslasskanal 6.
- 8. Fluid flows in through
inlet port 1. Thevalve 5 is open. - 9. The liquid is directed through a
passage 7 into the second, structured level 14 and reaches thechannel enlargement 2. - 10. The
filter 3 is wetted capillary. - 11. The liquid flows back through the
ventilation channel 4, which contains a further passage and avalve 5, into the first, structuredlevel 11 and reaches the back of thefilter 3. - 12. The channel extension on the back of
filter 3 is filled. - 13.
Valve 5 is closed. - 14. The liquid flows through the
filter 3 into theoutlet channel 6.
Beispiele für typische Abmessungen des in den
Claims (6)
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