DE102012217487A1

DE102012217487A1 - Fluidschnittstelle zwischen Fluidleitungen unterschiedlicher Querschnitte

Info

Publication number: DE102012217487A1
Application number: DE102012217487.7A
Authority: DE
Inventors: Holger Rapp
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2014-04-17
Also published as: CN203630098U; US9863921B2; US20140083173A1

Abstract

Fluidübergangsvorrichtung (100) zum Überführen eines Fluids von einem ersten Fluidkanal (102) mit einer ausgangsseitig ersten Querschnittsfläche (600) in einen zweiten Fluidkanal (104) mit einer eingangsseitig zweiten Querschnittsfläche (602), die größer als die erste Querschnittsfläche (600) ist, wobei die Fluidübergangsvorrichtung (100) eine fluidische Eingangsschnittstelle (604), an der das Fluid aus dem ersten Fluidkanal (102) hinaus in die Fluidübergangsvorrichtung (100) hinein überführbar ist, eine mit der fluidischen Eingangsschnittstelle (604) fluidisch gekoppelte Eingangsverzweigung (606), die Fluid aus dem ersten Fluidkanal (102) in eine Mehrzahl von Eingangsverzweigungskanäle (608) aufteilt, eine mit den Eingangsverzweigungskanälen (608) fluidisch gekoppelte Mehrzahl von Ausgangsverzweigungen (610), wobei jede der Ausgangsverzweigungen (610) Fluid aus einem jeweiligen der Eingangsverzweigungskanäle (608) in jeweils eine Mehrzahl von Ausgangsverzweigungskanäle (612) aufteilt, und eine mit den Ausgangsverzweigungskanälen (612) fluidisch gekoppelte fluidische Ausgangsschnittstelle (614) aufweist, an der das Fluid aus der Fluidübergangsvorrichtung (100) hinaus in den zweiten Fluidkanal (104) hinein überführbar ist, wobei die Verzweigungen (606, 610) und die Verzweigungskanäle (608, 612) derart angeordnet sind, dass das Fluid über die zweite Querschnittsfläche (602) flächig verteilt aus der fluidischen Ausgangsschnittstelle (614) austritt.

Description

TECHNISCHER HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fluidübergangsvorrichtung, eine Flusszelle, ein Probenseparationsgerät und ein Verfahren.
In einer HPLC wird typischerweise eine Flüssigkeit (mobile Phase) bei einer sehr genau kontrollierten Flussrate (zum Beispiel im Bereich von Mikrolitern bis Millilitern pro Minute) und bei einem hohen Druck (typischerweise 20 bar bis 1000 bar und darüber hinausgehend, derzeit bis zu 2000 bar), bei dem die Kompressibilität der Flüssigkeit spürbar ist, durch eine stationäre Phase (zum Beispiel eine chromatographische Trennsäule) bewegt, um einzelne Komponenten einer in die mobile Phase eingebrachten Probenflüssigkeit voneinander zu trennen. In einer Flusszelle eines Flüssigchromatographiegeräts erfolgt dann die Detektion der getrennten Fraktionen der Probe. Hierfür wird die fluidische Probe von einer Kapillare stromabwärts der Trennsäule in einen Behälter der Flusszelle geführt. Während die fluidische Probe die Flusszelle passiert, kann eine Fluoreszenzmessung der Probe durchgeführt werden, womit die einzelnen Fraktionen der Probe identifiziert bzw. quantifiziert werden können.
Ein solches HPLC-System ist zum Beispiel aus der EP 0,309,596 B1 derselben Anmelderin, Agilent Technologies, Inc., bekannt.
Beim Übergang von der Kapillare stromabwärts der Trennsäule zu der Flusszelle ist das Fluid von der Kapillare mit geringem Querschnitt in den Flusszellenbehälter mit wesentlich größerer Querschnittsfläche zu überführen. An dieser fluidischen Schnittstelle kommt es durch das plötzliche Aufweiten des Durchmessers der Fluidleitung häufig zu unerwünschten Effekten wie einer Verwirbelung der Probe, dem Auftreten eines turbolenten Flusses oder dem Ausbilden eines von der Probe nicht durchflossenen Totvolumens. Beides kann Artefakte verursachen und damit die Detektionsgenauigkeit des Flüssigchromatographiegeräts herabsetzen. Ähnliche und andere Probleme können auch bei anderen Anwendungen auftreten, bei denen ein Fluid von einer Fluidleitung eines kleineren Durchmessers in eine Fluidleitung eines größeren Durchmessers zu überführen ist.
In Fluidhandhabungsgeräten ist eine artefaktfreie und totvolumenarme Überführung eines Fluids zwischen Fluidleitungen unterschiedlichen Querschnitts also immer noch schwierig.
OFFENBARUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Überführung eines Fluids zwischen Fluidkanälen unterschiedlichen Durchmessers mit geringem Totvolumen und ohne unerwünschte Auswirkungen auf eine Detektion des Fluids zu ermöglichen. Die Aufgabe wird mittels der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen gezeigt.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Fluidübergangsvorrichtung zum Überführen eines Fluids (d.h. einer Flüssigkeit und/oder eines Gases, optional aufweisend Festkörperpartikel, zum Beispiel eine fluidische Probe) von einem ersten Fluidkanal mit einer (in Flussrichtung des Fluids) ausgangsseitig ersten Querschnittsfläche (d.h. einer von dem Fluid durchflossenen Fläche des ersten Fluidkanals senkrecht zu einer Flussrichtung des Fluids) in einen zweiten Fluidkanal mit einer (in Flussrichtung des Fluids) eingangsseitig zweiten Querschnittsfläche (d.h. einer von dem Fluid durchflossenen Fläche des zweiten Fluidkanals senkrecht zu einer Flussrichtung des Fluids), die größer als die erste Querschnittsfläche ist (zum Beispiel kann das Verhältnis zwischen der zweiten Querschnittsfläche und der ersten Querschnittsfläche mindestens zwei, insbesondere mindestens fünf sein), geschaffen, wobei die Fluidübergangsvorrichtung eine fluidische Eingangsschnittstelle (d.h. einen Einlass, an dem fließendes Fluid in die Fluidübergangsvorrichtung hineinfließen kann), an der das Fluid aus dem ersten Fluidkanal hinaus in die Fluidübergangsvorrichtung hinein überführbar ist, eine mit der fluidischen Eingangsschnittstelle fluidisch gekoppelte Eingangsverzweigung (insbesondere ein Fluidsplitter, zum Beispiel mit einer Charakteristik eines T-Stücks oder eines Y-Stücks), die Fluid aus dem ersten Fluidkanal in eine Mehrzahl von Eingangsverzweigungskanäle aufteilt, eine mit den Eingangsverzweigungskanälen (insbesondere indirekt mittels mindestens einer weiteren Verzweigung und/oder mittels mindestens eines weiteren Verzweigungskanals, oder direkt) fluidisch gekoppelte Mehrzahl von Ausgangsverzweigungen (insbesondere Fluidsplitter, zum Beispiel jeweils mit einer Charakteristik eines T-Stücks oder eines Y-Stücks), wobei jede der Ausgangsverzweigungen Fluid aus einem jeweiligen der Eingangsverzweigungskanäle in jeweils eine Mehrzahl von Ausgangsverzweigungskanäle aufteilt, und eine mit den Ausgangsverzweigungskanälen fluidisch gekoppelte fluidische Ausgangsschnittstelle (d.h. einen Auslass, an dem fließendes Fluid aus der Fluidübergangsvorrichtung hinausfließen kann) aufweist, an der das Fluid aus der Fluidübergangsvorrichtung hinaus in den zweiten Fluidkanal hinein überführbar ist, wobei die Verzweigungen (d.h. die Eingangsverzweigung, Ausgangsverzweigungen, optional eine oder mehrere Ebenen mit Zwischenverzweigungen) und die Verzweigungskanäle (d.h. die Eingangsverzweigungskanäle, Ausgangsverzweigungskanäle, optional eine oder mehrere Ebenen mit Zwischenverzweigungskanälen) derart angeordnet sind, dass das Fluid über die zweite Querschnittsfläche flächig verteilt (insbesondere im Wesentlichen gleichmäßig über eine zweidimensionale Fläche verteilt) aus der fluidischen Ausgangsschnittstelle austritt.
Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel ist eine Flusszelle zum Detektieren eines von einem ersten Fluidkanal mit einer ausgangsseitig ersten Querschnittsfläche zuführbaren Fluids bereitgestellt, wobei die Flusszelle einen zweiten Fluidkanal mit einer eingangsseitig zweiten Querschnittsfläche, die größer als die erste Querschnittsfläche ist, eine Fluidübergangsvorrichtung mit den oben beschriebenen Merkmalen zum Überführen des Fluids von dem ersten Fluidkanal in den zweiten Fluidkanal, und eine Detektionseinrichtung aufweist, die zum Detektieren einer für eine Eigenschaft des Fluids indikativen Information (insbesondere zum qualitativen oder quantitativen Detektieren von Fraktionen des Fluids) mittels Wechselwirkens mit dem entlang des zweiten Fluidkanals fließenden Fluids eingerichtet ist.
Gemäß noch einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel ist ein Probenseparationsgerät zum Separieren von Fraktionen eines Fluids bereitgestellt, wobei das Probenseparationsgerät eine Separationseinrichtung zum Separieren unterschiedlicher Fraktionen des Fluids, wobei das separierte Fluid einem ersten Fluidkanal mit einer ausgangsseitig ersten Querschnittsfläche zuführbar ist, und eine Flusszelle mit den oben beschriebenen Merkmalen zum Detektieren des von dem ersten Fluidkanal zuführbaren Fluids aufweist.
Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel ist ein Verfahren zum Überführen eines Fluids von einem ersten Fluidkanal mit einer ausgangsseitig ersten Querschnittsfläche in einen zweiten Fluidkanal mit einer eingangsseitig zweiten Querschnittsfläche bereitgestellt, die größer als die erste Querschnittsfläche ist, wobei bei dem Verfahren das Fluid aus dem ersten Fluidkanal hinaus in eine fluidische Eingangsschnittstelle einer Fluidübergangsvorrichtung überführt wird, das Fluid an eine mit der fluidischen Eingangsschnittstelle fluidisch gekoppelte Eingangsverzweigung der Fluidübergangsvorrichtung überführt wird, welche Eingangsverzweigung Fluid aus dem ersten Fluidkanal in eine Mehrzahl von Eingangsverzweigungskanäle aufteilt, das Fluid an eine mit den Eingangsverzweigungskanälen fluidisch gekoppelte Mehrzahl von Ausgangsverzweigungen der Fluidübergangsvorrichtung überführt wird, wobei jede der Ausgangsverzweigungen Fluid aus einem jeweiligen der Eingangsverzweigungskanäle in jeweils eine Mehrzahl von Ausgangsverzweigungskanälen aufteilt, und das Fluid an eine mit den Ausgangsverzweigungskanälen fluidisch gekoppelte fluidische Ausgangsschnittstelle der Fluidübergangsvorrichtung überführt wird, an der das Fluid aus der Fluidübergangsvorrichtung hinaus in den zweiten Fluidkanal hinein überführt wird, wobei die Verzweigungen und die Verzweigungskanäle derart angeordnet werden, dass das Fluid über die zweite Querschnittsfläche flächig verteilt aus der fluidischen Ausgangsschnittstelle austritt.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Fluidübergangsvorrichtung als fluidische Komponente geschaffen, die zwischen einem ersten Kanal geringeren Durchmessers und einem daran fluidisch anzuschließenden zweiten Kanal größeren Durchmessers zwischengeordnet werden kann. An der Eingangsschnittstelle dieser Fluidübergangsvorrichtung wird das zu transportierende Fluid einer Eingangsverzweigung zugeführt, an der das Fluid zum ersten Mal in verschiedene Eingangsverzweigungskanäle aufgeteilt wird. An jeden der Eingangsverzweigungskanäle schließt sich dann, direkt oder indirekt, mindestens eine Ausgangsverzweigung an, wo das aufgespaltene Fluid weiter in Teilflüsse aufgespalten wird. Diese einzelnen Teilflüsse fließen dann in jeweils wohldefinierten Mengen und Richtungen sowie entlang definierter fluidischer Pfade durch Ausgangsverzweigungskanäle, an deren (zum Beispiel in einer gemeinsamen Ebene liegenden) Enden jeweils eine Portion des aufgeteilten Fluids der Fluidausgangsschnittstelle bereitgestellt wird. Dort können die einzelnen definierten Teilflüsse über den gesamten größeren Querschnitt verteilt zur Weiterverarbeitung austreten. Durch dieses definierte, hierarchisch strukturierte und in mehrere Verzweigungsebenen aufgegliederte Vervielfachen der Fluidströme unter gleichzeitiger Reduktion der Teilflüsse durch die einzelnen Verzweigungskanäle kann ein laminarer Fluss mit einer über eine Oberfläche größtenteils gleichmäßig verteilten lokalen Flussrate erreicht werden. Probleme mit Jetströmen, Verwirbelungen oder Totvolumina können dabei unterdrückt oder ganz eliminiert werden, da dem Fluid über dem gesamten Aufteilungsprozess hinweg jeweils in wohldefinierter Weise die mehrstufige Verzweigungslogik aufgezwungen wird, womit die fluidische Auffächerung gezielt gesteuert werden kann.
Insbesondere an einer Flusszelle eines Probentrennpfads, wo eine in einer stromaufwärts angeordneten Separationseinrichtung bereits in mehrere Fraktionen aufgeteilte Probe herkömmlich einem abrupten Übergang zwischen einer Kapillare mit kleinem Querschnitt und einem Flusszellenbehälter mit deutlich größerem, geometrisch oft andersartigen Querschnitt unterworfen ist, kann durch Einführen der Fluidübergangsvorrichtung eine artefaktfreie und totvolumenarme Einkopplung des Fluids in die Flusszelle sichergestellt werden. Dies erhöht die Trennleistung des zugehörigen Probentrenngeräts.
Im Weiteren werden Ausgestaltungen der Fluidübergangsvorrichtung, der Flusszelle, des Probenseparationsgeräts und des Verfahrens beschrieben.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Fluidübergangsvorrichtung eine Planarstruktur aufweisen (zum Beispiel als Plättchen oder dergleichen ausgebildet sein), in der die Verzweigungen und die Verzweigungskanäle integriert sind. Eine solche Planarstruktur kann ein plättchenförmiges Gebilde sein, dessen Dicke kleiner als deren anderen lateralen Ausdehnungen sind. Durch eine solche planare Fluidkopplungsstruktur ist entlang deren Dickenerstreckung die mehrstufige, kaskadenartige Aufteilung des Fluids ermöglicht, wobei durch die großen Hauptoberflächen der Planarstruktur ein Übergang auch zu sehr großen Querschnittsflächen hin möglich ist. Außerdem ist eine solche Planarstruktur sehr robust und hält den hohen Drücken, die zum Beispiel bei Flüssigchromatographieanwendungen auftreten (die an einer Flusszelle bis zu 100 bar betragen können) problemlos stand.
Allerdings ist es gemäß anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung möglich, alternativ zu einer Planarstruktur die Fluidübergangsvorrichtung durch eine Anordnung verzweigter Kapillare oder dergleichen auszubilden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Planarstruktur eine Mehrzahl von gebondeten (zum Beispiel verklebten oder andersartig aneinander befestigten) Schichten aufweisen, die unter Ausbildung von Ausnehmungen (zum Beispiel Vias oder Nuten, Durchgangslöcher oder Sachlöcher) derart strukturiert sind, dass durch die miteinander fluidgekoppelten Ausnehmungen jeweils benachbarter Schichten die miteinander in Fluidverbindung stehenden Verzweigungen und Verzweigungskanäle ausgebildet sind. Eine solche Laminatanordnung von aneinander zum Beispiel mittels Klebens befestigter Schichten, die jeweils eine Hohlraum- oder Lochstruktur aufweisen, kann mittels Bondens zu einem integrierten Netzwerk fluidischer Kanäle und Verzweigungen verkoppelt werden, die erfindungsgemäß die hierarchische Aufteilung des Fluids in immer mehr Einzelkanäle ermöglichen. Dies ist mit geringem Aufwand und hoher Designfreiheit möglich. Außerdem kann durch diese planare Schichtstruktur eine Aufteilung des auf ein enges Lumen beschränkten Flusses an der Eingangsseite in einen flächig stark aufgeweiteten Fluss an einer Ausgangsseite bequem und zuverlässig bewerkstelligt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Fluidübergangsvorrichtung den ersten Fluidkanal aufweisen, der unmittelbar (d.h. ohne dazwischen angeordnete weitere Komponente) an die fluidische Eingangsschnittstelle angestückt oder angeschlossen sein kann. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann somit der erste Fluidkanal (d.h. ein einziger Kanal auf der Eingangsseite) totvolumenfrei an die Eingangsschnittstelle angeschlossen werden, womit an der Eingangsseite ein turbulenter Fluss unterdrückt ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der erste Fluidkanal eine Kapillare (d.h. eine hohlzylindrische Fluidleitung), insbesondere mit kreisförmiger erster Querschnittsfläche, sein. Eine solche Kapillare kann an einen Fluidausgang einer Probentrennsäule angeschlossen sein, so dass die aufgetrennte Probe durch die Kapillare gefördert und in die Fluidübergangsvorrichtung eingeführt werden kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Fluidübergangsvorrichtung den zweiten Fluidkanal aufweisen, der unmittelbar (d.h. ohne dazwischen angeordnete weitere Komponente) an die fluidische Ausgangsschnittstelle angestückt sein kann. Der zweite Fluidkanal kann das Lumen eines Flusszellenbehälters sein, in dem eine auf der Wechselwirkung zwischen der Probe und elektromagnetischer Strahlung basierende Detektion der Einzelfraktionen der Fluid-Probe erfolgen kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der zweite Fluidkanal also ein Flusszellenbehälter, insbesondere mit rechteckförmiger (allerdings sind beliebige andere Formen möglich) zweiter Querschnittsfläche, sein. Da Flusszellenbehälter häufig rechteckigen Innenquerschnitt haben, ist die erfindungsgemäße Fluidübergangsvorrichtung für eine solche Anwendung besonders gut geeignet, da erfindungsgemäß nicht nur ein totvolumenfreier und zumindest verwirbelungsärmerer Übergang zwischen einer kleinen Querschnittsfläche einströmenden Fluids und einer größeren Querschnittsfläche ausströmenden Fluids möglich ist, sondern auch ein Geometrieübergang zwischen einer zum Beispiel kreisförmigen Eingangsquerschnittsfläche und einer zum Beispiel rechteckförmigen Ausgangsquerschnittsfläche. Durch entsprechendes Design der Anordnung der Ausgangsverzweigungskanäle kann eine Anpassung auf jede beliebige Geometrie des zweiten fluidischen Kanals erfolgen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Fluidübergangsvorrichtung eine mit den Eingangsverzweigungskanälen fluidisch gekoppelte Mehrzahl von Zwischenverzweigungen aufweisen, wobei jede der Zwischenverzweigungen Fluid aus einem jeweiligen der Eingangsverzweigungskanäle in jeweils eine Mehrzahl von Zwischenverzweigungskanäle aufteilt, wobei die Zwischenverzweigungskanäle mit der Mehrzahl von Ausgangsverzweigungen fluidisch gekoppelt angeordnet sind, so dass jede der Ausgangsverzweigungen Fluid aus einem jeweiligen der Zwischenverzweigungskanäle in jeweils eine Mehrzahl der Ausgangsverzweigungskanäle aufteilt, und wobei die Zwischenverzweigungen und die Zwischenverzweigungskanäle stromabwärts (in Flussrichtung des Fluids) der Eingangsverzweigung und der Eingangsverzweigungskanäle und stromaufwärts (in Flussrichtung des Fluids) der Ausgangsverzweigungen und der Ausgangsverzweigungskanäle angeordnet sind. Gemäß der beschriebenen Ausgestaltung kann zwischen der Ebene der Einlassverzweigungen und Einlassverzweigungskanäle einerseits und der Ebene der Ausgangsverzweigungen und Ausgangsverzweigungskanäle andererseits eine oder mehrere fluidische Zwischenebenen zwischengeordnet werden. Anschaulich erfolgt an jeder dieser Zwischenebenen ein zusätzliches Aufspalten der Flussanteile des Fluids in eine weitere Mehrzahl von Kanäle. Durch Auswahl einer jeweiligen Anzahl von Fluidverzweigungsebenen ist somit eine beliebige Skalierung des Eingangsflusses auch auf sehr große Zielquerschnittsflächen möglich.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Fluidübergangsvorrichtung also zumindest eine weitere Anordnung aus einer Mehrzahl von weiteren Zwischenverzweigungen und einer Mehrzahl von weiteren Zwischenverzweigungskanälen aufweisen, wobei die weiteren Zwischenverzweigungen und die weiteren Zwischenverzweigungskanäle stromabwärts der Zwischenverzweigungen und die Zwischenverzweigungskanäle und stromaufwärts der Ausgangsverzweigungen und der Ausgangsverzweigungskanäle angeordnet sind. Gemäß dieser Ausgestaltung kann die Anzahl der Fluidverteilungsstufen auch größer als 3 sein, d.h. zumindest 4, insbesondere 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die Verzweigungen und die Verzweigungskanäle derart angeordnet sein, dass das Fluid über die zweite Querschnittsfläche (d.h. insbesondere an der Austrittsfläche einer Planarstruktur) gleichmäßig verteilt aus der fluidischen Ausgangsschnittstelle austritt. Das gleichmäßige Verteilen des Fluids über die gesamte Querschnittsfläche kann dadurch erreicht werden, dass die Dichte der Kanäle und deren Querschnittsflächen entsprechend über die gesamte zweite Querschnittsfläche verteilt werden. Vorzugsweise ist die Dichte der Ausgangsverzweigungskanäle sowie der Querschnitt der Ausgangsverzweigungskanäle an der Fluidausgangsschnittstelle über die gesamte zweite Querschnittsfläche hinweg gleich.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die Ausgangsverzweigungskanäle derart angeordnet sein, dass das Fluid aus den Ausgangsverzweigungskanälen mit zueinander parallelen Flussrichtungen (die auch zu einer Flussrichtung des Fluids an der Eingangsschnittstelle parallel sein können) austritt. Sind die Fluidausgangsrichtungen, entlang derer die Fluidanteile die Ausgangsverzweigungskanäle verlassen, zueinander parallel, so ermöglicht dies die starke Unterdrückung von unerwünschten Verwirbelungen des Fluids an der Ausgangsseite. Stattdessen wird sich das Fluid im Wesentlichen laminar und ohne das Ausbilden von Turbulenzen oder Verwirbelungen ausgangsseitig langsam vermischen und entlang der gewünschten Richtung weiterfließen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die Ausgangsverzweigungskanäle derart angeordnet sein, dass das Fluid aus den Ausgangsverzweigungskanälen mit gleichen Flussraten (d.h. austretendes Fluidvolumen pro Zeitintervall) austritt. Indem die Flussraten für die einzelnen Ausgangsverzweigungskanäle identisch vorgesehen werden, ist die Strömungsgeschwindigkeit dieser Fluidanteile gleich groß, was zu einer verwirbelungsfreien Vermischung der einzelnen Fluidanteile im zweiten Fluidkanal führt. Dies ist im Hinblick auf das Ausbilden fluidischer Artefakte äußerst vorteilhaft.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann an der Eingangsverzweigung und an jeder der Ausgangsverzweigungen, insbesondere auch an jeder von optionalen Zwischenverzweigungen, der jeweils vorliegende Anteil des Fluids in jeweils genau zwei stromabwärts angeschlossene Verzweigungskanäle aufgeteilt werden. Gemäß dieser Ausgestaltung ist eine binäre Verzweigungslogik geschaffen, bei der das Fluid an jeder Verzweigung in zwei (insbesondere gleich große) Bestandteile aufgeteilt wird. Bei einer Anzahl n von Verzweigungsebenen oder Verzweigungsstufen, die in Flussrichtung des Fluids zwischen dem ersten Fluidkanal und dem zweiten Fluidkanal naufeinander folgenden, wird ein einziger Eingangsfluss in 2 Ausgangsteilflüsse aufgespalten. Dadurch ist eine homogene, wohl definierte und zu einer artefaktfreien Weiterverarbeitung des Fluids führende Fluidaufteilung ermöglicht.
Alternativ kann auch an einer oder mehreren Verzweigungen eine Aufteilung in drei oder mehr Teilflüsse implementiert sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann an der Eingangsverzweigung und an jeder der Ausgangsverzweigungen, insbesondere auch an jeder von optionalen Zwischenverzweigungen, der jeweils aufzuteilende Anteil des Fluids zu gleichen Teilen (insbesondere zu gleichen Volumenteilen oder Massenteilen) in die jeweils stromabwärts angeschlossenen Verzweigungskanäle aufgeteilt werden. Gemäß dieser Ausgestaltung erfolgt die Aufteilung eines Fluidanteils an eine jeweils stromabwärts angeordnete Hierarchiestufe angeschlossener Verzweigungskanäle so, dass die Fluidmenge in gleiche Teilvolumina oder Flussraten aufgeteilt wird. Auch dies unterdrückt das Ausbilden von Artefakten an Verzweigungskanälen oder der Ausgangsschnittstelle.
Besonders vorteilhaft kann die beschriebene Ausgestaltung mit einer anderen Weiterbildung kombiniert werden, bei der die Gesamtlänge der einzelnen Flusspfade, welche jeder der Fluidanteile zwischen Eingangsschnittstelle und einem jeweiligen der ausgangsschnittstellenseitigen Enden der Ausgangsverzweigungskanäle zurücklegt, gleich groß ist. Dies führt, insbesondere bei Ausbilden all dieser Kanäle mit gleicher Querschnittsfläche, zu gleichen Fließzeiten aller Anteile des Fluids durch die Fluidübertragungsvorrichtung, so dass eine unerwünschte zeitliche Aufspaltung oder zeitliche Verschiebung von unterschiedlichen Fluidanteilen vermieden ist.
Es soll betont werden, dass die Fluidflussrichtung des von dem ersten fluidischen Kanal in den zweiten fluidischen Kanal zu überführenden Fluids hier in einer Weise beschrieben ist, die das Aufweiten des Fluids von der ersten Querschnittsfläche hin zur zweiten Querschnittsfläche betrifft. Ein Fachmann wird jedoch verstehen, dass die erfindungsgemäß beanspruchte Fluidübergangsvorrichtung auch in inverser Flussrichtung des Fluids betrieben werden kann, d.h. dass ein Fluid über die zweite Querschnittsfläche hinweg an der Ausgangsschnittstelle bereitgestellt wird. Durch Strömen des Fluids von der Ausgangsschnittstelle hin zu der Eingangsschnittstelle erfolgt dann keine Verzweigung, sondern stattdessen eine sukzessive Vereinigung einzelner Fluidströme. Somit kann gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, die Fluidübergangsvorrichtung derart eingesetzt bzw. verwendet werden, dass das Fluid von der großen zweiten Querschnittsfläche hin zu der kleinen ersten Querschnittsfläche konzentriert oder fokussiert wird. Dazu muss lediglich die Fluidflussrichtung invertiert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Detektionseinrichtung der Flusszelle zum Detektieren getrennter Fraktionen des Fluids eingerichtet sein. Der Detektionseinrichtung kann somit das Fluid in bereits getrennter Form zugeführt werden. Diese eigentliche Trennung kann durch ein Separationselement, wie zum Beispiel eine chromatographische Trennsäule, stromaufwärts der Flusszelle bewerkstelligt werden. Wenn die einzelnen Fraktionen des Fluids bzw. der fluidischen Probe, zum Beispiel eine biologische oder chemische Probe, der Detektionseinrichtung zugeführt werden, so kann diese während des Fließens des Fluids durch den zweiten fluidischen Kanal die Detektion durchführen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Detektionseinrichtung eine optische Detektionseinrichtung, eine Fluoreszenzdetektionseinrichtung, eine Absorptionsdetektionseinrichtung, ein Brechungsindexdetektor oder eine Widerstandsdetektionseinrichtung sein. Vorzugsweise erfolgt die Detektion dadurch, dass elektromagnetische Primärstrahlung (zum Beispiel im UV-Bereich oder im optischen Bereich) auf die bereits getrennte fluidische Probe eingestrahlt wird, und dass elektromagnetische Sekundärstrahlung, die durch Wechselwirkung der elektromagnetischen Primärstrahlung mit der fluidischen Probe erzeugt wird, von einer Strahlungserfasseinrichtung der Detektionseinrichtung erfasst und nachfolgend ausgewertet wird. Da die Wechselwirkungscharakteristik (insbesondere die Fluoreszenzeigenschaften) unterschiedlicher Fraktionen der fluidischen Probe mit elektromagnetischer Strahlung unterschiedlich ist, kann somit qualitativ und quantitativ jede einzelne Fraktion der fluidischen Probe ermittelt werden. Natürlich sind auch andere Detektionsverfahren möglich. Besonders bevorzugt ist es bei dem Einsatz elektromagnetischer Strahlung, dass der Flusszellenbehälter aus einem transparenten Material (wie zum Beispiel Quarzglas) hergestellt wird, wenn in dem zweiten fluidischen Kanal im Inneren des Flusszellenbehälters die fluidische Probe fließt. Die Flusszelle soll also aus einem transparenten Material bestehen. Quarzglas kann insbesondere deshalb vorteilhaft benutzt werden, weil es auch im UV-Bereich noch transparent ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Probenseparationsgerät einen Wärmetauscher aufweisen, der einen thermisch leitfähigen Wärmeaustauschkörper aufweist, der den ersten Fluidkanal zum Durchleiten des Fluids und einen dritten Fluidkanal zum Durchleiten des Fluids nach Austreten aus der Flusszelle aufweist, wobei der erste Fluidkanal und der dritte Fluidkanal derart in dem Wärmeaustauschkörper angebracht sind, dass bei Durchleiten eines ersten Anteils des Fluids durch den ersten Fluidkanal und bei Durchleiten eines zweiten Anteils des Fluids durch den zweiten Fluidkanal der erste Anteil und der zweite Anteil miteinander in thermischen Austausch bringbar sind. Vorteilhaft kann der Wärmetauscher eine Mehrzahl von Kühlelementen (zum Beispiel Kühlrippen oder Peltierkühlelemente) und/oder Heizelementen (zum Beispiel Peltierheizelemente) aufweisen, die einzeln und thermisch voneinander beabstandet entlang einer Flussrichtung zumindest eines des ersten und des zweiten Anteils des Fluids angeordnet sind und mit dem Wärmeaustauschkörper derart thermisch gekoppelt sind, dass von dem ersten Anteil und/oder dem zweiten Anteil abgegebene Wärme mittels der Kühlelemente abführbar ist bzw. an den ersten Anteil und/oder den zweiten Anteil abgegebene Wärme mittels der Heizelemente zuführbar ist. Der erste Fluidkanal führt das der Flusszelle zugeführte Fluid, der zweite Fluidkanal führt das Fluid im Inneren der Flusszelle, und der dritte Fluidkanal führt das von der Flusszelle abgeführte Fluid. Das Vorsehen eines solchen Gegenstromwärmetauschers, der heißes Fluid stromaufwärts der Flusszelle mit kälterem Fluid stromabwärts der Flusszelle in thermische Wechselwirkung bringt, kann zu große Temperaturunterschiede entlang des fluidischen Pfads unterdrücken. Letztere sind eine Ursache für eine Verschlechterung der Trennleistung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Wärmeaustauschkörper einstückig oder integral mit einer Planarstruktur, insbesondere der oben beschriebenen Planarstruktur, der Fluidübergangsvorrichtung ausbildet sein. In der Planarstruktur können die Verzweigungen und die Verzweigungskanäle integriert sein. Gemäß dieser Ausgestaltung können vorteilhaft die Planarstruktur, in welcher die diversen Verzweigungen und Verzweigungskanäle eingebracht sind, sowie der Wärmetauscher in einer einzigen gemeinsamen Struktur, d.h. einstückig in einem gemeinsamen Körper, ausgebildet sein. Dies führt zu einer miniaturisierten Anordnung eines Flüssigchromatographiegeräts mit integrierter Fluidaufweitungs- und Wärmeaustauschfähigkeit. Dadurch kann das Probenseparationsgerät kompakt ausgestaltet werden.
Das Probenseparationsgerät kann ein mikrofluidisches Messgerät, ein Life Science-Gerät, ein Flüssigchromatographiegerät, eine HPLC (High Performance Liquid Chromatography), ein Gaschromatographiegerät, ein Elektrophoresegerät und/oder ein Gelelektrophoresegerät sein. Allerdings sind viele andere Anwendungen möglich.
Das Probenseparationsgerät kann eine Pumpe zum Bewegen einer mobilen Phase aufweisen. Eine solche Pumpe kann zum Beispiel dazu eingerichtet sein, die mobile Phase mit einem hohen Druck, zum Beispiel einige 100 bar bis hin zu 1000 bar und mehr, durch das System hindurch zu pumpen. Alternativ oder ergänzend kann das Probenseparationsgerät einen Probeninjektor zur Injektion der Probe in eine mobile Phase aufweisen. Ein solcher Probeninjektor kann eine Nadel in einem Sitz eines entsprechenden Flüssigkeitspfades aufweisen, die aus diesem Sitz herausfahren kann, um Probe aufzunehmen, und die nach dem Wiedereinführen in den Sitz die Probe in das System injiziert. Alternativ oder ergänzend kann das Probenseparationsgerät einen Probenfraktionierer zum Fraktionieren der getrennten Komponenten aufweisen. Ein solcher Fraktionierer kann die verschiedenen Komponenten zum Beispiel in verschiedene Flüssigkeitsbehälter führen. Die analysierte Probe kann aber auch einem Waste-Container zugeführt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Andere Ziele und viele der begleitenden Vorteile von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden leicht wahrnehmbar werden und besser verständlich werden unter Bezugnahme auf die folgende detailliertere Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen. Merkmale, die im Wesentlichen oder funktionell gleich oder ähnlich sind, werden mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein HPLC-System gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt die Aufteilung eines Fluidanteils in zwei Fluidteilanteile an einer Verzweigung einer Fluidübergangsvorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 zeigt eine hierarchische mehrstufige Verzweigung von Fluidanteilen in einer Fluidübergangsvorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4 zeigt, wie bei einer hierarchischen mehrstufigen Verzweigung eines Fluids in Teilflüsse eine gleichmäßige Verteilung des Fluids über eine im Wesentlichen zweidimensionale Fläche ermöglicht ist.
5 zeigt anschaulich, wie eine Vielzahl von Fluidteilflüssen aus einer fluidischen Ausgangsschnittstelle einer Fluidübergangsvorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung zueinander parallel austreten.
6 zeigt eine Querschnittsansicht einer Planarstruktur aus gebondeten Schichten gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, in denen miteinander fluidisch gekoppelte Ausnehmungen eine hierarchisch mehrstufige Anordnung aus Verzweigungen und Verzweigungskanälen bilden.
7 bis 11 zeigen Draufsichten von einzelnen Schichten einer mehrschichtigen Planarstruktur einer Fluidübergangsvorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
12 zeigt einen Teil eines HPLC-Systems gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ein Wärmetauscher und eine planare Fluidübergangsvorrichtung integriert vorgesehen sind.
Die Darstellung in der Zeichnung ist schematisch.
1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines HPLC-Systems 10, wie es zum Beispiel zur Flüssigchromatographie verwendet werden kann. Eine Pumpe 20 treibt eine mobile Phase durch ein Separationsgerät 30 (wie zum Beispiel eine chromatographische Säule), das eine stationäre Phase beinhaltet. Eine Probenaufgabeeinheit 40 ist zwischen der Pumpe 20 und dem Separationsgerät 30 angeordnet, um eine Probenflüssigkeit in die mobile Phase einzubringen. Die stationäre Phase des Separationsgerätes 30 ist dazu vorgesehen, Komponenten der Probenflüssigkeit zu separieren. Ein Detektor, siehe Flusszelle 50, detektiert separierte Komponenten der Probe, und ein Fraktionierungsgerät 60 kann dazu vorgesehen werden, separierte Komponenten der Probenflüssigkeit auszugeben, zum Beispiel in dafür vorgesehene Behälter oder einen Abfluss.
Während ein Flüssigkeitspfad zwischen der Pumpe 20 und dem Separationsgerät 30 typischerweise auf Hochdruck steht, wird die Probenflüssigkeit unter Normaldruck zunächst in einen vom Flüssigkeitspfad getrennten Bereich, eine so genannten Probenschleife (englisch: Sample Loop), der Probeneinheit 40 eingegeben, die dann wiederum die Probenflüssigkeit in den unter Hochdruck stehenden Flüssigkeitspfad einbringt. Beim Zuschalten der zunächst unter Normaldruck stehenden Probenflüssigkeit in der Probenschleife in den unter Hochdruck stehenden Flüssigkeitspfad wird der Inhalt der Probenschleife schlagartig (typischerweise im Bereich von Millisekunden) auf den Systemdruck des HPLC-Systems 10 gebracht.
Stromabwärts der Trennsäule 30 und stromaufwärts des Fraktionierers 60 ist die Flusszelle 50 angeordnet, an der die von der Trennsäule 30 aufgetrennten Fraktionen der fluidischen Probe detektiert werden. Hierfür wird das bereits getrennte Fluid über eine Kapillare 102, die von der Trennsäule 30 zu der Flusszelle 50 führt, in eine Fluidübergangsvorrichtung 100 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung eingeführt. Die Fluidüberführvorrichtung 100 überführt das Fluid von der Kapillare 102 als erstem fluidischen Kanal in das Innere eines Flusszellenbehälters 112, in dem die fluidische Probe entlang eines zweiten fluidischen Kanals 104 strömt. Am Ende des zweiten fluidischen Kanals 104 ist eine Fluidauslassöffnung 150 in dem Flusszellenbehälter 112 vorgesehen, an dem das Fluid in eine andere Kapillare 110 als dritter fluidischer Kanal einströmt. Stromabwärts des dritten fluidischen Kanals 110 ist dann der Fraktionierer 60 angeordnet. Im Inneren des Flusszellenbehälters 112 wechselwirkt das bereits in die einzelnen Fraktionen getrennte Fluid mit UV-Licht 152, das von einer Ultraviolettlichtquelle 52 erzeugt wird. Dieses wechselwirkt im Flusszellenbehälter 112 mit den einzelnen Fraktionen des aufgetrennten Fluids, so dass Sekundärlicht 154 an einem UV-Absorptionsdetektor 54 nachgewiesen wird. Die Ausgabe des UV-Absorptionsdetektors 54 ist indikativ für die Art und Konzentration der einzelnen Fraktionen.
Alternativ zu der beschriebenen Absorptionsmessung unter Einsatz des Absorptionsdetektors 54 ist auch eine Fluoreszenzmessung möglich. In diesem Fall wird als Sekundärlicht 154‘ solches gemessen, das mittels Fluoreszenz der Probe erzeugt wird, wenn das Primärlicht 152 eingestrahlt wird. Wie gezeigt, kann ein entsprechender Fluoreszenzdetektor 54‘ unter einem geeigneten Winkel – hier in Rückrichtung – angeordnet werden, um Fluoreszenzstrahlung in Form des Sekundärlichts 154‘ zu erfassen. Bei einer solchen Fluoreszenzmessung ist es optional möglich, zum Beispiel an Position des Detektors 54 einen Referenzdetektor einzusetzen, um dessen Signal gemeinsam mit dem Fluoreszenzsignal auszuwerten (zum Beispiel um Schwankungen der Emissionsintensität der Lichtquelle 52 zu kompensieren).
Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nun die Fluidübergangsvorrichtung 100 dazu ausgebildet, dass Fluid aus der engen Kapillare 102 mit kreisförmigem, geringem Innenquerschnitt in den zweiten fluidischen Kanal 104 mit rechteckförmiger, wesentlich größerer Querschnittsfläche zu überführen.
Bevor exemplarische Ausführungsbeispiele der Fluidübergangsvorrichtung 100 näher beschrieben werden, werden einige grundlegende Überlegungen des vorliegenden Erfinders dargestellt, basierend auf welchen exemplarische Ausführungsbeispiele der Erfindung aufgefunden worden sind.
Bei der Flusszelle 50 des HPLC-Systems 10 sind die Fluidflüsse aus der Kapillare 102 geringeren Querschnitts in den zweiten fluidischen Kanal 104 der Flusszelle mit größerem Innendurchmesser zu überführen. Die damit verbundene Herausforderung ist besonders groß für Fluoreszenzdetektion, da damit besonders große Flusszellenvolumina einhergehen.
Gemäß einem herkömmlichen Lösungskonzept einer solchen fluidischen Schnittstelle ist ein Übergangsstück mit sich konisch erweiterndem Lumen zwischen Kapillare und Flusszellenlumen zwischengeschaltet. In einem solchen konischen Zwischenabschnitt erfolgt ein Übergang zwischen der Kapillare mit geringem Innendurchmesser (zum Beispiel 12 µm bis 18 µm) und dem größeren Querschnitt des Flusszellenkörpers, der rechteckförmige Gestalt haben kann, vorgenommen wird. In einem solchen konischen Übergangsabschnitt kann sich allerdings ein hohes Totvolumen ausbilden, das unerwünscht von einem Flüssigkeitsfluss frei bleibt. Die Flüssigkeit wird dann in den Flusszellenkörper injiziert, wobei das Innenvolumen nur teilweise zum Transportieren der Flüssigkeit verwendet wird und teilweise von der Flüssigkeit frei bleibt. Dies führt häufig zu einer schlechten Detektion der einzelnen Fraktionen der fluidischen Probe in der Flusszelle.
Ein anderer herkömmlicher Ansatz besteht darin, eine Lochplatte in den konischen Übergangsabschnitt zwischen Kapillare und Flusszellkörper einzuführen, womit Jetströme aber nur schwach unterdrückt werden können. Außerdem führt diese Maßnahme zu Verwirbelungen, was ebenfalls zu einer schlechten Detektion der einzelnen Fraktionen der fluidischen Probe in der Flusszelle führen kann.
Gegenüber solchen herkömmlichen Ansätzen basieren Ausführungsbeispiele der Erfindung darauf, dass die Flüssigkeit von der Kapillare 102 mit einem geringen Querschnitt mittels eines sich sukzessive verästelnden fluidischen Netzwerks in den Flusszellenkörper 112 mit einem größeren Querschnitt überführt wird, womit ein sehr geringes Totvolumen und eine nur sehr geringe Peakverbreiterung erreichbar sind. Aufgrund des geringeren Totvolumens kann die chromatographische Trennleistung erhöht werden. Die Unterdrückung von Jetströmen erlaubt es, im Wesentlichen das volle Zellenvolumen zur Detektion auszunutzen. Außerdem ist eine solche Lösung vorteilhaft mit einem Wärmetauscher auf derselben Planarstruktur kombinierbar, auf der auch die Fluidübergangsvorrichtung 100 gebildet ist. Dies führt zu einer besonders kompakten Anordnung.
2 zeigt eine Flussverzweigung 200, die als Basiskomponente in einer Fluidübergangsvorrichtung 100 gemäß einem exemplarischem Ausführungsbeispiel der Erfindung implementiert werden kann. Die Flussverzweigung 200 teilt einen Eingangsfluss eines Fluids (einer Flüssigkeit und/oder eines Gases, wobei auch Festkörperkomponenten darin enthalten sein können) an einem T-Stück 202 von einem Zuführlumen 204 zu gleichen Teilen in zwei Abführlumen 206, 208 auf. Anders ausgedrückt wird der Eingangsfluss mittels der Flussverzweigung 200 in zwei gleich große Ausgangsflüsse aufgeteilt.
3 zeigt ein Verzweigungsnetzwerk 300, das aus einer Mehrzahl von Flussverzweigungen 200 aufgebaut ist. Das Verzweigungsnetzwerk 300 mit n (hier: n = 3) hierarchisch angeordneten Verzeigungsebenen erlaubt es, ein an einem einzigen Fluideinlass 302 bereitgestelltes Fluid an 2ⁿ Fluidauslässen 304 in gleichmäßige Portionen aufgeteilt bereitzustellen. Anders ausgedrückt können durch Wiederholen der Fluidverzeigungsschemas gemäß 2 aus einem einzigen eingangsseitigen Flüssigkeitsstrom ausgangsseitig 2ⁿ gleiche Flüssigkeitsströme erzeugt werden, die dann in ein Flusszellenvolumen fließen können.
4 zeigt, wie für ein Beispiel von n = 4 Verzweigungsebenen oder Verzweigungsstufen aus einem einzigen Fluidstrom an Fluideinlass 302 an 2⁴ Fluidauslässen 304 Teilflüsse erzeugt werden können, wobei die Auslässe 304 so angeordnet sind, dass die Teilflüsse über die gesamte zweidimensionale Oberfläche einer fluidischen Ausgangsschnittstelle des Flusszellenkörpers hinweg gleich verteilt sind.
5 zeigt die 2⁴ Fluidauslässe 304 mit den parallel fließenden 16 Teilflüssen gemäß 4 an einem Eingang zu dem zweiten fluidischen Kanal 104. Durch eine erfindungsgemäße Fluidübergangsvorrichtung, die basierend auf dem Grundprinzip von 2 bis 5 ausgebildet werden kann, kann somit ohne das Ausbilden eines Totvolumens ein Flüssigkeitsstrom von der engen ersten Kapillare 102 in eine im Querschnitt großflächigere Flusszelle überführt werden.
Im Weiteren wird bezugnehmend auf 6 eine plattenförmige Fluidübergangsvorrichtung 100 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die Fluidübergangsvorrichtung 100 ist in 6 in einer Querschnittsansicht dargestellt. Da die dort ausgebildeten vielen Flusszweige mit einer verzweigten Anordnung von Kapillaren aufwendiger auszubilden ist, wird bei diesem Ausführungsbeispiel vorteilhaft die Anordnung der Verzweigungen in einer Planarstruktur ausgebildet. Dies ermöglicht gegenüber einer Anordnung aus Kapillaren ferner eine Miniaturisierung, da Mikrostrukturierungstechniken zum Erzeugen von Fluidkanälen in Schichten der Planarstruktur eingesetzt werden können.
6 zeigt also eine Fluidübergangsvorrichtung 100 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Überführen einer Flüssigkeit von einem ersten Fluidkanal 102 mit einer ausgangsseitig ersten kreisförmigen Querschnittsfläche 600 in einen zweiten Fluidkanal 104 mit einer eingangsseitig zweiten rechteckförmigen Querschnittsfläche 602. Wie in zwei Draufsichten der Querschnittsflächen 600, 602 gezeigt, unterscheidet sich die erste Querschnittsfläche 600 von der zweiten Querschnittsfläche 602 nicht nur hinsichtlich deren Größe, sondern auch hinsichtlich deren Geometrie. Wie im Weiteren beschrieben wird, ist die Fluidübergangsvorrichtung 100 in der Lage, nicht nur einen Übergang zwischen unterschiedlich großen Querschnittsflächen, sondern auch zwischen unterschiedlichen Querschnittsformen zu bewerkstelligen.
Es ist unter Verweis auf 1 noch zu sagen, dass der erste fluidische Kanal 102 eine Kapillare ist, in der die Flüssigkeit von einer Trennsäule 30 zu der Fluidübergangsvorrichtung 100 geleitet wird. Der zweite fluidische Kanal 104 mit rechteckförmigem Querschnitt ist das Lumen in einem Flusszellenbehälter 112.
Die Fluidübergangsvorrichtung 100 hat eine fluidische Eingangsschnittstelle 604, an der die Flüssigkeit aus dem ersten Fluidkanal 102 hinaus in die Fluidübergangsvorrichtung 100 hinein überführt wird. Die Fluidübergangsvorrichtung 100 hat ferner eine mit der fluidischen Eingangsschnittstelle 604 fluidisch gekoppelte Eingangsverzweigung 606, die Flüssigkeit aus dem ersten Fluidkanal 102 gleichmäßig in angeschlossene Eingangsverzweigungskanäle 608 aufteilt. Wie 6 ferner zu entnehmen ist, ist jeder der Eingangsverzweigungskanäle 608 mit einer zugeordneten Zwischenverzweigung 620 fluidisch gekoppelt. An jeder der Zwischenverzweigungen 620 teilt sich das bereits zuvor aufgeteilte Fluid wieder gleichmäßig in angeschlossene Zwischenverzweigungskanäle 622 auf, von denen jeder zu einer zugeordneten Ausgangsverzweigung 610 führt. An jeder Ausgangsverzweigung 610 wird die bereitgestellte Fluidmenge wieder zu gleichen Teilen in angeschlossene Ausgangsverzweigungskanäle 612 aufgeteilt. Auf die beschriebene Weise wird das Fluid in mehreren Stufen sukzessive immer wieder in Teilströme aufgeteilt, wobei das Aufteilen in Teilströme gleichzeitig mit einer Aufteilung des Fluidflusses über eine sich sukzessive vergrößernde Querschnittsfläche einhergeht. Schließlich wird das Fluid über die gesamte Querschnittsfläche des zweiten fluidischen Kanals 104 aufgeteilt bereitgestellt, womit der Übergang zwischen dem ersten fluidischen Kanal 102 und dem zweiten fluidischen Kanal 104 ohne Totvolumen und ohne unerwünschte turbolente Strömungseffekte erfolgt.
Wie aus 6 hervorgeht, ist die Fluidübergangsvorrichtung 100 als kompakte Planarstruktur ausgebildet. Durch Ausnehmungen in miteinander gebondeten Schichten 626a bis 626g ist eine plättchenförmige Anordnung mit integrierten Flusspfaden bereitgestellt, die auch den hohen Drücken von 2000 bar und mehr, welchen die Fluidübergangsvorrichtung 100 in einem Flüssigchromatographiegerät ausgesetzt sein kann, standhält. Indem eingangsseitig die Kapillare 102 direkt an die Fluideingangsschnittstelle 604 angeschlossen ist, und ausgangsseitig der zweite fluidische Kanal 104 direkt an die Fluidausgangsschnittstelle 614 angeschlossen ist, sind Totvolumina an diesen beiden Übergängen vermieden. Wenngleich in 6 lediglich eine einzige Zwischenstufe und somit insgesamt drei Verzweigungsstufen (Eingang-, Zwischen- und Ausgangsstufe) vorgesehen sind, wird der Fachmann verstehen, dass auch eine größere oder kleinere Zahl von Verzweigungen und somit Ebenen möglich ist. In der Fluidübergangsvorrichtung 100 gemäß 6 sind die fluidischen Querschnittsflächen und die Längen der Flusspfade, welche die einzelnen Fluidanteile zwischen der Fluideingangsschnittstelle 604 und der Fluidausgangsschnittstelle 614 durchlaufen, identisch. Dies führt zu einer gleichmäßigen Aufteilung des Fluids in jeden einzelnen dieser Pfade, wobei die einzelnen Fluidanteile mit gleicher Geschwindigkeit und gleichen Flussrichtungen an der Fluidausgangsschnittstelle 614 austreten. Dadurch sind unerwünschte Verwirbelungen vermieden und ein laminares und artefaktfreies Vermischen der einzelnen Fluidströme an der Ausgangsseite gefördert. Natürlich ist es alternativ auch möglich, unterschiedlich lange Flusspfade, unterschiedliche fluidische Querschnitte und/oder mehr oder weniger Verzweigungskanäle an einer jeweiligen Verzweigung vorzusehen.
7 bis 11 zeigen Draufsichten einzelner planarer Schichten 626a bis 626e wie sie bei einer fünfschichtigen Planarstruktur (siehe die untersten fünf Ebenen gemäß 6) verwendet werden können.
An einer in 7 gezeigten Eingangsschicht 626a ist eine einzige zentrale Ausnehmung 702 vorgesehen, die an den ersten fluidischen Kanal 102 angeschlossen ist.
In einer ersten Zwischenschicht 626b gemäß 8 ist eine größere zentrale Aussparung 802 vorgesehen, die in Fluidkommunikation mit der Aussparung 702 gebracht ist, wenn die erste Zwischenschicht 626b an der Eingangsschicht 626a gebondet ist.
In 9 ist eine zweite Zwischenschicht 626c mit vier symmetrisch angeordneten rechteckförmigen Aussparungen 902 gezeigt. Die Aussparungen 902 werden mit der Aussparung 802 in Fluidverbindung gebracht, so dass die Schichten 626a, 626b und 626c gemeinsam eine Verzweigung eines Eingangskanals in vier Zwischenkanäle bewerkstelligen.
10 zeigt eine dritte Zwischenschicht 626d mit vier symmetrisch angeordneten rechteckförmigen Ausnehmungen, die größer als jene gemäß 9 sind. Die Ausnehmungen 1002 werden nach entsprechendem Bonden der Zwischenschichten 626c und 626d mit den Ausnehmungen 902 in Fluidverbindung gebracht.
11 zeigt eine Ausgangsschicht 626e mit 16 matrixförmig angeordneten rechteckförmigen Ausnehmungen 1102, die in Fluidverbindung mit den Ausnehmungen 1002 gebracht werden. Dadurch erfolgt an jeder der Ausnehmungen 1002 eine Aufspaltung eines jeweiligen Fluidstroms in jeweils vier Kanäle entsprechend den jeweiligen vier zugeordneten Aussparungen 1102.
Durch Übereinanderschichten und Bonden der Schichten 626a bis 626e aus 7 bis 11 kann eine fünfschichtige Planaranordnung erhalten werden, die als Fluidübergangsvorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel eingesetzt werden kann.
12 zeigt vergrößert einen Teil des HPLC-Systems 10 aus 1, wobei in 12 noch eine Gegenstromwärmeaustauschvorrichtung mit einer erzwungenen Luftkühlung beschrieben wird.
Bei der Konfiguration gemäß 12 ist ein Wärmetauscher zwischen einem Ausgang der Trennsäule 30 und einem Eingang des Fraktionierungsgeräts 60 vorgesehen, wie im Weiteren näher beschrieben wird. Der Wärmetauscher bewerkstelligt einen Temperaturausgleich zwischen warmer Probe an dem Ausgang der Trennsäule 30 und kälterer Probe an einem Ausgang des Detektors 50.
Der Wärmetauscher enthält einen Wärmeaustauschkörper 80 aus einem thermisch gut leitfähigen Material, der ein erstes Lumen 102 zum Durchleiten eines ersten Fluids, das aus der Trennsäule 30 kommt, und ein zweites Lumen 84 zum Durchleiten eines zweiten Fluids, das aus dem Detektor 50 kommt, aufweist. Das erste Lumen 102 und das zweite Lumen 84 sind mittels des thermisch leitfähigen Wärmeaustauschkörpers 80 derart in Gegenstromwärmeaustausch gebracht, dass bei Durchleiten des ersten Fluids durch das erste Lumen 102 und bei Durchleiten des zweiten Fluids durch das zweite Lumen 84 das erste Fluid und das zweite Fluid miteinander thermische Energie austauschen können. Außen an dem thermisch leitfähigen Wärmeaustauschkörper 80 befestigt sind eine Mehrzahl von parallelen Kühlfinnen 86, die einzeln und thermisch voneinander beabstandet entlang einer Flussrichtung (siehe Pfeile) des ersten bzw. des zweiten Fluids angeordnet sind und mit dem Wärmeaustauschkörper 80 derart thermisch gekoppelt sind, dass von dem ersten Fluid bzw. von dem zweiten Fluid abgegebene Wärme mittels der Kühlelemente 86 nach außen hin abführbar ist. Wie aus den entgegengesetzten Richtungen der beiden Pfeile in 12 zu erkennen ist, ist der Wärmeaustauschkörper 80 als Gegenstromwärmeaustauschkörper eingerichtet, das heißt, dass die Flussrichtung der beiden Fluide durch die Lumen 102 und 84 entgegengesetzt sind.
Somit kann erfindungsgemäß ein kostengünstiger, kleinvolumiger Kühlmechanismus vorgesehen werden, der Fluid direkt vor der Detektionszelle 50 kühlt, so dass ein Flusspfad insgesamt kurz gehalten bleibt. Dadurch ist eine passive Kühlung durch den Wärmeaustauscher 80, 102, 84, 86 geschaffen, der einen Temperaturausgleich zwischen der warmen Flüssigkeit aus der Säule 30 und der kälteren Flüssigkeit nach dem Detektor 50 ermöglicht. Zusätzlich wird in Form der Kühlfinnen 86 eine Maßnahme zum effizienten Abführen der an die Kühlfinnen 86 weitergegebenen thermischen Energie bereitgestellt, womit ein selektives Erhöhen der thermischen Verluste ermöglicht ist. Aufgrund des beschränkten Platzes, in dem die Wärmeaustauschvorrichtung vorgesehen ist, können die Kühlfinnen 86 fingerförmig vorgesehen sein. Die Kühlrippen 86 sind über die gesamte gemäß 1 vertikale Länge des Wärmeaustauscherkörpers 80 angeordnet. Mittels einer Kühlrippe 86 in thermischem Austausch mit einem heißen Fluid wird eine hohe Wärmemenge abgeführt. Eine Kühlrippe 86 an einem kalten Ausgang hat eher die Aufgabe, für eine insgesamt niedrige Temperatur des Fluids zu sorgen, und dabei kann das Wärmetauscherprinzip gewinnbringend eingesetzt werden.
12 zeigt, dass, wie im Weiteren näher beschrieben, die von der Trennsäule 30 stammende heiße Flüssigkeit mit einer Temperatur von zum Beispiel 95°C insgesamt durch ein Gegenstromwärmetauscherprinzip auf 70°C abgekühlt wird, bevor diese in Richtung Waste 60 befördert wird. In einem Bereich des Detektors 50 ist die Temperatur 30°C. Die Abkühlung erfolgt insgesamt zum Beispiel von 95°C auf 70°C durch die passive Kühlung über Kühlrippen oder Kühlfinnen 86. Durch das Gegenstromwärmetauscherprinzip liegt die Temperatur im Bereich des Detektors 50 niedriger (zum Beispiel bei 30°C).
Wie in 12 ferner gezeigt ist, ist die Detektionseinheit in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel aus einer Lichtquelle 52 und einem Lichtdetektor 54 gebildet, welcher Licht detektiert, das von der Lichtquelle 52 stammt und von der Flüssigkeit nicht absorbiert oder fluoresziert wurde. Thermische Störungen des Detektors 50 sind aufgrund der Wärmestromarchitektur gemäß 12 vermieden. Die thermische Entkopplung der einzelnen Finnen 86 sorgt dafür, dass die unterschiedlichen Wärmeabführcharakteristika der verschiedenen Kühlfinnen 86 unterschiedlich sind, siehe die Pfeile in 12. Hierbei ist zwischen einem Wärmetransfer zwischen der heißen Flüssigkeit in dem Lumen 102 und der eher kühleren Flüssigkeit in dem Lumen 84 einerseits und einer Abführung von Wärme an die Umgebung andererseits zu unterscheiden. Ersteres wird durch den Wärmeaustausch über den Wärmeaustauschkörper 80 der im Gegenstromaustausch befindlichen Flüssigkeiten in den Lumen 102, 84 bewerkstelligt, letzteres wird durch die Kühlfinnen 86 und deren thermische Entkopplung bzw. schwache thermische Kopplung miteinander realisiert.
12 zeigt darüber hinaus eine weitere vorteilhafte Maßnahme, nämlich eine Luftstromerzeugungseinheit 92, die einen Luftstrahl 94 erzeugt, welcher von den Finnen 86 die thermische Energie abführt und nach außen hin ableitet. Vorteilhaft wird somit der Luftstrom 94 entlang der Kühlfinnen 86 geleitet. Vorteilhafterweise kann eine Elektronik (nicht gezeigt in den Figuren) in der HPLC 10 bzw. eine Lampe 52 des Detektors 50 durch denselben Luftstrom 94 gekühlt werden, durch den auch die Kühlrippen 86 gekühlt werden. Dies erlaubt eine kleine und energiesparende Anordnung.
12 zeigt anschaulich, dass sowohl der Wärmetauscher als auch die Fluidübergangsvorrichtung 100 in einer gemeinsamen Planarstruktur integriert sind. Dies führt zu einem kompakten Aufbau einer kostengünstigen Fertigung der Anordnung gemäß 12.
In 12 ist ein Messaufbau gezeigt, bei dem Detektor 50 in Transmission die Absorption des Lichts durch die Probe misst. Alternativ ist auch hier, wie bezugnehmend auf 1 beschrieben, eine Fluoreszenzmessung möglich.
Es sollte angemerkt werden, dass der Begriff „aufweisen“ nicht andere Elemente ausschließt und dass das „ein“ nicht eine Mehrzahl ausschließt. Auch können Elemente, die in Zusammenhang mit unterschiedlichen Ausführungsbeispielen beschrieben sind, kombiniert werden. Es sollte auch angemerkt werden, dass Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Schutzbereich der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0309596 B1 [0003]

Claims

Fluidübergangsvorrichtung (100) zum Überführen eines Fluids von einem ersten Fluidkanal (102) mit einer ausgangsseitig ersten Querschnittsfläche (600) in einen zweiten Fluidkanal (104) mit einer eingangsseitig zweiten Querschnittsfläche (602), die größer als die erste Querschnittsfläche (600) ist, wobei die Fluidübergangsvorrichtung (100) aufweist: eine fluidische Eingangsschnittstelle (604), an der das Fluid aus dem ersten Fluidkanal (102) hinaus in die Fluidübergangsvorrichtung (100) hinein überführbar ist; eine mit der fluidischen Eingangsschnittstelle (604) fluidisch gekoppelte Eingangsverzweigung (606), die Fluid aus dem ersten Fluidkanal (102) in eine Mehrzahl von Eingangsverzweigungskanäle (608) aufteilt; eine mit den Eingangsverzweigungskanälen (608) fluidisch gekoppelte Mehrzahl von Ausgangsverzweigungen (610), wobei jede der Ausgangsverzweigungen (610) Fluid aus einem jeweiligen der Eingangsverzweigungskanäle (608) in jeweils eine Mehrzahl von Ausgangsverzweigungskanäle (612) aufteilt; eine mit den Ausgangsverzweigungskanälen (612) fluidisch gekoppelte fluidische Ausgangsschnittstelle (614), an der das Fluid aus der Fluidübergangsvorrichtung (100) hinaus in den zweiten Fluidkanal (104) hinein überführbar ist; wobei die Verzweigungen (606, 610) und die Verzweigungskanale (608, 612) derart angeordnet sind, dass das Fluid über die zweite Querschnittsfläche (602) flächig verteilt aus der fluidischen Ausgangsschnittstelle (614) austritt.
Fluidübergangsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, aufweisend eine Planarstruktur (626a bis 626g), in der die Verzweigungen (606, 610) und die Verzweigungskanäle (608, 612) integriert sind.
Fluidübergangsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 2, wobei die Planarstruktur eine Mehrzahl von gebondeten Schichten (626a bis 626g) aufweist, die unter Ausbildung von Ausnehmungen derart strukturiert sind, dass durch die miteinander fluidgekoppelten Ausnehmungen jeweils benachbarter Schichten (626a bis 626g) die Verzweigungen (606, 610) und die Verzweigungskanäle (608, 612) ausgebildet sind.
Fluidübergangsvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, aufweisend den ersten Fluidkanal (102), der unmittelbar an die fluidische Eingangsschnittstelle (604) angestückt ist.
Fluidübergangsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 4, wobei der erste Fluidkanal (102) eine Kapillare, insbesondere mit kreisförmiger erster Querschnittsfläche (600), ist.
Fluidübergangsvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, aufweisend den zweiten Fluidkanal (104), der unmittelbar an die fluidische Ausgangsschnittstelle (614) angestückt ist.
Fluidübergangsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 6, wobei der zweite Fluidkanal (104) ein Flusszellenbehälter, insbesondere mit rechteckförmiger zweiter Querschnittsfläche (602), ist.
Fluidübergangsvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, aufweisend eine mit den Eingangsverzweigungskanälen (608) fluidisch gekoppelte Mehrzahl von Zwischenverzweigungen (620), wobei jede der Zwischenverzweigungen (620) Fluid aus einem jeweiligen der Eingangsverzweigungskanäle (608) in jeweils eine Mehrzahl von Zwischenverzweigungskanäle (622) aufteilt; wobei die Zwischenverzweigungskanäle (622) mit der Mehrzahl von Ausgangsverzweigungen (610) fluidisch gekoppelt angeordnet sind, so dass jede der Ausgangsverzweigungen (610) Fluid aus einem jeweiligen der Zwischenverzweigungskanäle (622) in jeweils eine Mehrzahl der Ausgangsverzweigungskanäle (612) aufteilt; wobei die Zwischenverzweigungen (620) und die Zwischenverzweigungskanäle (622) stromabwärts der Eingangsverzweigung (606) und der Eingangsverzweigungskanäle (608) und stromaufwärts der Ausgangsverzweigungen (610) und der Ausgangsverzweigungskanäle (612) angeordnet sind.
Fluidübergangsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 8, aufweisend zumindest eine weitere Anordnung aus einer Mehrzahl von weiteren Zwischenverzweigungen und einer Mehrzahl von weiteren Zwischenverzweigungskanälen, wobei die weiteren Zwischenverzweigungen und die weiteren Zwischenverzweigungskanäle stromabwärts der Zwischenverzweigungen (620) und die Zwischenverzweigungskanäle (622) und stromaufwärts der Ausgangsverzweigungen (610) und der Ausgangsverzweigungskanäle (612) angeordnet sind.
Fluidübergangsvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner aufweisend eines oder mehreres der folgenden Merkmale: die Verzweigungen (606, 610) und die Verzweigungskanäle (608, 612) sind derart angeordnet, dass das Fluid über die zweite Querschnittsfläche (602) im Wesentlichen gleichmäßig verteilt aus der fluidischen Ausgangsschnittstelle (614) austritt; die Ausgangsverzweigungskanäle (612) sind derart angeordnet, dass das Fluid aus den Ausgangsverzweigungskanälen (612) mit zueinander parallelen Flussrichtungen austritt; die Ausgangsverzweigungskanäle (612) sind derart angeordnet, dass das Fluid aus den Ausgangsverzweigungskanälen (612) mit gleichen Flussraten austritt; an der Eingangsverzweigung (606) und an jeder der Ausgangsverzweigungen (608), insbesondere auch an jeder von Zwischenverzweigungen (620), wird der jeweils aufzuteilende Anteil des Fluids in jeweils genau zwei jeweils stromabwärts angeschlossene Verzeigungskanäle (608, 612, 622) aufgeteilt; an der Eingangsverzweigung (606) und an jeder der Ausgangsverzweigungen (608), insbesondere auch an jeder von Zwischenverzweigungen (620), wird der jeweils aufzuteilende Anteil des Fluids zu gleichen Teilen in die jeweils stromabwärts angeschlossenen Verzeigungskanäle (608, 612, 622) aufgeteilt.
Flusszelle (50) zum Detektieren eines von einem ersten Fluidkanal (102) mit einer ausgangsseitig ersten Querschnittsfläche (600) zuführbaren Fluids, wobei die Flusszelle (50) aufweist: einen zweiten Fluidkanal (104) mit einer eingangsseitig zweiten Querschnittsfläche (602), die größer als die erste Querschnittsfläche (600) ist; eine Fluidübergangsvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 zum Überführen des Fluids von dem ersten Fluidkanal (102) in den zweiten Fluidkanal (104); eine Detektionseinrichtung (106, 108), die zum Detektieren einer für eine Eigenschaft des Fluids indikativen Information mittels Wechselwirkens mit dem entlang des zweiten Fluidkanals (104) fließenden Fluids eingerichtet ist.
Flusszelle (50) gemäß Anspruch 11, wobei die Detektionseinrichtung (106, 108) zum Detektieren getrennter Fraktionen des Fluids eingerichtet ist.
Flusszelle (50) gemäß Anspruch 12, wobei die Detektionseinrichtung (106, 108) ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einer optischen Detektionseinrichtung, einer Fluoreszenzdetektionseinrichtung, einer Absorptionsdetektionseinrichtung, einem Brechungsindexdetektor und einer Widerstandsdetektionseinrichtung.
Probenseparationsgerät (10) zum Separieren von Fraktionen eines Fluids, wobei das Probenseparationsgerät (10) aufweist: eine Separationseinrichtung (30) zum Separieren unterschiedlicher Fraktionen des Fluids, wobei das separierte Fluid einem ersten Fluidkanal (102) mit einer ausgangsseitig ersten Querschnittsfläche (600) zuführbar ist; eine Flusszelle (50) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13 zum Detektieren des von dem ersten Fluidkanal (102) zuführbaren Fluids.
Probenseparationsgerät (10) gemäß Anspruch 14, aufweisend einen Wärmetauscher, der einen thermisch leitfähigen Wärmeaustauschkörper (80) aufweist, der den ersten Fluidkanal (102) zum Durchleiten des Fluids und einen dritten Fluidkanal (84) zum Durchleiten des Fluids nach Austreten aus der Flusszelle (50) aufweist, wobei der erste Fluidkanal (102) und der dritte Fluidkanal (84) derart in und/oder an dem Wärmeaustauschkörper (80) angebracht sind, dass ein jeweiliger erster Anteil des Fluids in dem ersten Fluidkanal (102) und ein jeweiliger zweiter Anteil des Fluids in dem zweiten Fluidkanal (102) miteinander in thermischen Austausch bringbar sind.
Probenseparationsgerät (10) gemäß Anspruch 15, wobei der Wärmetauscher eine Mehrzahl von Kühl- und/oder Heizelementen (86) aufweist, die einzeln und thermisch voneinander beabstandet entlang einer Flussrichtung zumindest eines des ersten und des zweiten Anteils des Fluids angeordnet sind und mit dem Wärmeaustauschkörper (80) derart thermisch gekoppelt sind, dass von dem ersten Anteil und/oder dem zweiten Anteil abgegebene Wärme mittels der Kühlelemente (86) abführbar ist bzw. an den ersten Anteil und/oder den zweiten Anteil abgegebene Wärme mittels der Heizelemente zuführbar ist.
Probenseparationsgerät (10) gemäß Anspruch 15 oder 16, wobei der Wärmeaustauschkörper (80) einstückig oder integral mit einer Planarstruktur (626a bis 626g) der Fluidübergangsvorrichtung (100) ausbildet ist, in welcher Planarstruktur (626a bis 626g) die Verzweigungen (606, 610) und die Verzweigungskanäle (608, 612) integriert sind.
Probenseparationsgerät (10) gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17, aufweisend zumindest eines der folgenden Merkmale: das Probenseparationsgerät (10) ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem mikrofluidischen Messgerät, einem Life Science Gerät, einem Flüssigchromatographiegerät, einer HPLC, einem Gaschromatographiegerät, einem Elektrophoresegerät und einem Gelelektrophoresegerät; das Probenseparationsgerät (10) weist eine Pumpe (20) zum Bewegen einer mobilen Phase auf, in welche das Fluid injizierbar ist; das Probenseparationsgerät (10) weist einen Injektor (40) zur Injektion des Fluids in eine mobile Phase auf; die Separationseinrichtung (30) weist eine Trennsäule zum Trennen unterschiedlicher Fraktionen des Fluids auf; das Probenseparationsgerät (10) weist einen Probenfraktionierer (60) zum Fraktionieren der getrennten Fraktionen auf.
Verfahren zum Überführen eines Fluids von einem ersten Fluidkanal (102) mit einer ausgangsseitig ersten Querschnittsfläche (600) in einen zweiten Fluidkanal (104) mit einer eingangsseitig zweiten Querschnittsfläche (602), die größer als die erste Querschnittsfläche (600) ist, wobei das Verfahren aufweist: Überführen des Fluids aus dem ersten Fluidkanal (102) hinaus in eine fluidische Eingangsschnittstelle (604) einer Fluidübergangsvorrichtung (100); Überführen des Fluids an eine mit der fluidischen Eingangsschnittstelle (604) fluidisch gekoppelte Eingangsverzweigung (606) der Fluidübergangsvorrichtung (100), welche Eingangsverzweigung (606) Fluid aus dem ersten Fluidkanal (102) in eine Mehrzahl von Eingangsverzweigungskanäle (608) aufteilt; Überführen des Fluids an eine mit den Eingangsverzweigungskanälen (608) fluidisch gekoppelte Mehrzahl von Ausgangsverzweigungen (610) der Fluidübergangsvorrichtung (100), wobei jede der Ausgangsverzweigungen (610) Fluid aus einem jeweiligen der Eingangsverzweigungskanäle (608) in jeweils eine Mehrzahl von Ausgangsverzweigungskanäle (1612) aufteilt; Überführen des Fluids an eine mit den Ausgangsverzweigungskanälen (612) fluidisch gekoppelte fluidische Ausgangsschnittstelle (614) der Fluidübergangsvorrichtung (100), an der das Fluid aus der Fluidübergangsvorrichtung (100) hinaus in den zweiten Fluidkanal (104) hinein überführt wird; wobei die Verzweigungen (606, 610) und die Verzweigungskanäle (608, 612) derart angeordnet werden, dass das Fluid über die zweite Querschnittsfläche (602) flächig verteilt aus der fluidischen Ausgangsschnittstelle (614) austritt.