DE102013203293B4 - Apparatus and method for conducting a liquid through a first or second outlet channel - Google Patents

Apparatus and method for conducting a liquid through a first or second outlet channel Download PDF

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Abstract

Fluidikvorrichtung, die um ein Rotationszentrum (114, 216) drehbar ist, zum Leiten einer Flüssigkeit durch einen ersten oder einen zweiten Auslasskanal, mit folgenden Merkmalen: einer Kompressionskammer (104; 204); einem Einlasskanal (108; 202), der mit der Kompressionskammer (104; 204) fluidisch gekoppelt ist; dem ersten Auslasskanal (110; 206), der mit der Kompressionskammer (104; 204) fluidisch gekoppelt ist und einen ersten Strömungswiderstand aufweist; und dem zweiten Auslasskanal (112; 208), der mit der Kompressionskammer (104; 204) fluidisch gekoppelt ist und einen zweiten Strömungswiderstand aufweist, wobei der erste Auslasskanal (110; 206) und der zweite Auslasskanal (112; 208) bezüglich des Rotationszentrums (114, 216) radial ansteigende Abschnitte aufweisen, wobei die Kompressionskammer (104; 204) und der erste und zweite Auslasskanal (110, 112; 206, 208) derart ausgelegt sind, dass bei einer teilweisen Befüllung der Kompressionskammer (104; 204) mit einer Flüssigkeit über den Einlasskanal (108; 202) und einer Drehung der Fluidikvorrichtung mit einer erhöhten Drehfrequenz ein mittels der Flüssigkeit in der Kompressionskammer (104; 204) eingeschlossenes Gas durch einen Zentrifugaldruck komprimiert wird, der durch die Flüssigkeit in dem Einlasskanal (108; 202) und dem ersten und zweiten Auslasskanal erzeugt wird, wobei der erste Auslasskanal (110; 206) zumindest einen Abschnitt aufweist, der sich radial weiter nach innen erstreckt als ein radial innerster Abschnitt des zweiten Auslasskanals (112; 208), und wobei der erste und der zweite Auslasskanal (110, 112; 206, 208) derart ausgelegt sind, dass bei einer Ausdehnung des komprimierten Gases mit einer ersten Ausdehnungsrate die Flüssigkeit über den ersten Auslasskanal (110; 206) leitbar ist und dass bei einer Ausdehnung des komprimierten Gases mit einer zweiten Ausdehnungsrate, die kleiner als die erste Ausdehnungsrate ist, die Flüssigkeit über den zweiten Auslasskanal (112; 208) leitbar ist.Fluidic device rotatable about a center of rotation (114, 216) for directing a fluid through first or second outlet channels, comprising: a compression chamber (104; 204); an inlet channel (108; 202) fluidly coupled to the compression chamber (104; 204); the first outlet channel (110; 206) fluidly coupled to the compression chamber (104; 204) and having a first flow resistance; and the second outlet channel (112; 208) fluidly coupled to the compression chamber (104; 204) and having a second flow resistance, the first outlet channel (110; 206) and the second outlet channel (112; 114, 216) have radially rising portions, wherein the compression chamber (104; 204) and the first and second outlet channels (110, 112; 206, 208) are designed such that upon partial filling of the compression chamber (104; 204) with a Liquid is compressed via the inlet channel (108; 202) and a rotation of the fluidic device at an increased rotational frequency a gas trapped by the liquid in the compression chamber (104; 204) is compressed by a centrifugal pressure passing through the liquid in the inlet channel (108; 202). and the first and second exhaust ports, wherein the first exhaust port (110; 206) has at least a portion extending radially inward extends as a radially innermost portion of the second outlet channel (112; 208), and wherein the first and second exhaust passages (110, 112, 206, 208) are designed such that when the compressed gas expands at a first rate of expansion, the fluid is conductive via the first exhaust passage (110, 206); upon expansion of the compressed gas at a second rate of expansion that is less than the first rate of expansion, the fluid is conductive via the second outlet channel (112; 208).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen und Verfahren zum Leiten einer Flüssigkeit durch einen ersten oder zweiten Auslasskanal, und insbesondere Vorrichtungen und Verfahren, die zum Schalten von Flüssigkeiten in einem zentrifugal-mikrofluidischen System geeignet sind.The present invention relates to apparatus and methods for passing a liquid through a first or second outlet channel, and more particularly to apparatus and methods suitable for switching liquids in a centrifugal microfluidic system.

Die zentrifugale Mikrofluidik erfuhr im letzten Jahrzehnt große Aufmerksamkeit aufgrund ihres Potentials für die Integration und Automatisierung von Analyse- und Diagnoseaufgaben, wobei hinsichtlich zentrifugaler mikrofluidischer Plattformen auf J. Ducree u. a., ”The centrifugal microfluidic bio-disk platform,” J. Micromech. Microeng., Vol. 17, No. 7, S. 103–115, Juli 2007, verwiesen werden kann. Wirtschaftlich sehr interessant ist insbesondere die Automatisierung von Routineaufgaben in günstigen Testträgern auf bezahlbaren Prozessierungsgeräten. Ein guter Kandidat für sehr günstige und überall verfügbare Prozessierungsgeräte sind Laborzentrifugen. Diese gehören ohnehin zur Standardausstattung von Laboren und sind aufgrund der großen Stückzahlen vergleichsweise günstig.Centrifugal microfluidics has received much attention over the last decade for its potential for integration and automation of analysis and diagnostic tasks, with regard to centrifugal microfluidic platforms to J. Ducree et al. a., "The centrifugal microfluidic bio-disk platform," J. Micromech. Microeng., Vol. 7, pp. 103-115, July 2007, can be referenced. Economically very interesting is the automation of routine tasks in cheap test carriers on affordable processing equipment. A good candidate for very cheap and widely available processing equipment are laboratory centrifuges. These are part of the standard equipment of laboratories anyway and are relatively cheap due to the large quantities.

Insbesondere besteht Bedarf an einer Struktur, die das sequentielle Abtrennen (Schalten) von Flüssigkeiten aus einer gemeinsamen Einlasskammer in z. B. zwei verschiedene Auslasskammern ermöglicht, beispielsweise für ein DNA-Aufreinigung. Für typische Laboraufgaben müssen sowohl wässrige Lösungen als auch hochbenetzende Flüssigkeiten zuverlässig geschaltet werden. Bezüglich wässriger Lösungen beträgt die Oberflächenspannung von Wasser ca. 73 mN/m bei 20°C. Bezüglich hochbenetzender Flüssigkeiten beträgt die Oberflächenspannung von Ethanol ca. 23 mN/m bei 20°C.In particular, there is a need for a structure that facilitates the sequential separation (switching) of liquids from a common inlet chamber at e.g. B. allows two different outlet chambers, for example, for a DNA purification. For typical laboratory tasks, both aqueous solutions and highly moisturizing liquids must be reliably switched. With respect to aqueous solutions, the surface tension of water is about 73 mN / m at 20 ° C. With regard to highly wetting liquids, the surface tension of ethanol is about 23 mN / m at 20 ° C.

Aus dem Stand der Technik sind zentrifugal-mikrofluidische Strukturen zum Schalten von Flüssigkeiten bekannt.Centrifugal microfluidic structures for switching liquids are known from the prior art.

Eine publizierte Methode zum Schalten von Flüssigkeiten basiert auf der Coriolis-Kraft. Dies erlaubt das Schalten von Flüssigkeiten durch Umkehr der Drehrichtung, wie bei S. Haeberle u. a., ”Automation of nucleid acid extraction by a coriolis-force actuated droplet router,” Paris, Frankreich, 2007, S. 1231–1233; J. V. Zoval u. a., ”Flow Switching an a Multi-Structured Microfluidic Cd (Compact Disc) Using Coriolis Force” und der US 2008/190503 A1 beschrieben ist. Dies ist offensichtlich auf einer Laborzentrifuge mit nur einer möglichen Drehrichtung keine geeignete Option, da ein Umschalten der Drehrichtung erforderlich ist. Zudem ist für eine zuverlässige Funktion eine lokale Modifikation des Kontaktwinkels auf dem Deckel notwendig, was den Herstellungsprozess verteuert.A published method for switching fluids is based on the Coriolis force. This allows the switching of liquids by reversing the direction of rotation, as described by S. Haeberle et al., "Automation of nucleid acid extraction by a coriolis force actuated droplet router," Paris, France, 2007, pp. 1231-1233; JV Zoval et al., "Flow Switching to a Multi-Structured Microfluidic Cd (Compact Disc) Using Coriolis Force" and the US 2008/190503 A1 is described. This is obviously not a suitable option on a laboratory centrifuge with only one possible direction of rotation, since switching the direction of rotation is required. In addition, for a reliable function, a local modification of the contact angle on the lid is necessary, which makes the manufacturing process more expensive.

Eine weitere publizierte Schalttechnik nutzt den Druck einer vorangehenden Flüssigkeitssäule auf eine eingeschlossene Luftblase, um eine nachfolgende Flüssigkeit in eine andere Auslasskammer zu zwingen. Eine solche Vorgehensweise ist bei J. Kim u. a., ”Passive flow switching valves an a centrifugal microfluidic platform”, Sens. Actuators B Chem., Vol. 128, No. 2, S. 613–621, Jan. 2008 beschrieben. Bei diesem System ist eine Einlasskammer über einen Fluidkanal mit einer ersten Kammer verbunden. Von dem Fluidkanal zweigt ein zweiter Fluidkanal ab, der mit einer zweiten Kammer fluidisch verbunden ist. Das Funktionsprinzip des Schalters basiert auf einer Flüssigkeitssäule und einer eingeschlossenen Luftblase, wobei eine erste Flüssigkeit von der Einlasskammer über den Fluidkanal in die erste Kammer läuft. Eine zweite Flüssigkeit wird eingebracht, wobei die dabei entstehende Flüssigkeitssäule einen Druck auf die zwischen der ersten Flüssigkeit und der zweiten Flüssigkeit eingeschlossene Luftblase ausübt, die die nachfolgende Flüssigkeit zum Fluss in eine zweite Kammer zwingt. Diese Lösung bringt eine starke Einschränkung in der Geometrie des mikrofluidischen Systems und der verwendbaren Flüssigkeitsmengen mit sich. Bei einer fest vorgegebenen Geometrie ist das Schalten nur von vorgegebenen, präzise abzumessenden Flüssigkeitsmengen möglich. Zusätzlich ist ein großer Abstand zwischen dem Ort, an dem der zweite Fluidkanal abzweigt, und dem Pegelstand der ersten Flüssigkeit in dem Fluidkanal notwendig, um zu verhindern, dass die Luftblase in die erste Kammer gedrückt wird, was den Schalteffekt negieren würde. Damit geht viel auf einer Disk stark begrenzter Platz verloren.Another published switching technique uses the pressure of a preceding liquid column on an enclosed air bubble to force a subsequent liquid into another outlet chamber. Such an approach is in J. Kim u. a., "Passive flow switching valves on a centrifugal microfluidic platform", Sens. Actuators B Chem., Vol. 2, p. 613-621, Jan. 2008. In this system, an inlet chamber is connected to a first chamber via a fluid channel. From the fluid channel branches off a second fluid channel, which is fluidically connected to a second chamber. The operating principle of the switch is based on a liquid column and a trapped air bubble, with a first liquid from the inlet chamber via the fluid channel into the first chamber. A second liquid is introduced, the resulting liquid column exerting pressure on the air bubble trapped between the first liquid and the second liquid, which forces the subsequent liquid to flow into a second chamber. This solution entails a great limitation in the geometry of the microfluidic system and the quantities of liquid that can be used. In the case of a fixed geometry, switching is only possible from predetermined, precisely metered quantities of liquid. In addition, a large distance between the location where the second fluid channel branches off and the level of the first fluid in the fluid channel is necessary to prevent the air bubble from being forced into the first chamber, which would negate the switching effect. So much is lost on a disk of very limited space.

Eine weitere bekannte Lösung für das Schalten von Flüssigkeiten basiert auf zwei Auslasskanälen, die von einer gemeinsamen Einlasskammer abzweigen, wobei einer der Kanäle aufgrund einer lokalen, wasserabweisenden (hydrophoben) Beschichtung dem Flüssigkeitsfluss einen größeren Widerstand entgegensetzt. Je nach Rotationsfrequenz des mikrofluidischen Systems, wird dieser Widerstand entweder überwunden oder die Flüssigkeit in den alternativen Kanal gezwungen. Diese Lösung hat den Nachteil, dass die sehr präzise aufzubringende lokale hydrophobe Beschichtung kostenaufwändig ist und bei hochbenetzenden Flüssigkeiten an Effektivität verliert, da die Stopp-Wirkung der hydrophoben Beschichtung von der Oberflächenspannung der Flüssigkeit abhängt.Another known solution for switching liquids is based on two outlet channels that branch off from a common inlet chamber, wherein one of the channels, due to a local, water-repellent (hydrophobic) coating, offers greater resistance to the liquid flow. Depending on the rotational frequency of the microfluidic system, this resistance is either overcome or the liquid forced into the alternative channel. This solution has the disadvantage that the very precisely applied local hydrophobic coating is costly and loses effectiveness in highly moisturizing liquids, since the stopping effect of the hydrophobic coating depends on the surface tension of the liquid.

Eine weitere bekannte Struktur zum Schalten von Flüssigkeiten basiert auf dem selektiven Öffnen von Belüftungslöchern in Kammern und ist in der US 2008/0110500 A1 beschrieben. Der Schalt-Effekt beruht darauf, dass Flüssigkeit unter bestimmten Bedingungen nicht in eine unbelüftete Kammer fließt, da der Luftdruck die Flüssigkeit am Eindringen hindert. Eine Mehrzahl von radial außen liegenden Kammern ist jeweils mit einer verschließbaren Entlüftungsöffnung versehen. Durch selektives Öffnen einer dieser Entlüftungsöffnungen fließt Flüssigkeit unter Rotation des Testträgers bevorzugt in die belüftete Kammer. Die Entlüftungsöffnungen können über eine Klebefolie oder ein Septum verschlossen werden. Zum Öffnen kann entweder ein Laser, ein zum Durchstoßen geeignetes Gerät oder ein Werkzeug verwendet werden. Das Öffnen wird somit entweder mit einer manuellen Operation erreicht oder durch einen komplizierten mechanischen oder laserbasierten zusätzlichen Aufbau.Another known structure for switching liquids is based on the selective opening of ventilation holes in chambers and is in the US 2008/0110500 A1 described. The switching effect is based on the fact that liquid under certain conditions does not flow into an unvented chamber, because the air pressure prevents the liquid from penetrating. A plurality of radially outer chambers is always provided with a closable vent opening. By selectively opening one of these vents, liquid flows with rotation of the test carrier preferably in the vented chamber. The vents can be closed by an adhesive film or a septum. To open either a laser, a suitable for piercing device or a tool can be used. The opening is thus achieved either with a manual operation or by a complicated mechanical or laser-based additional structure.

Bei anderen bekannten Verfahren erfolgt ein Schalten durch externe Druckluft, wobei eine solche auf Luftdruck basierende Lösung das Schalten von Flüssigkeiten an einem T-förmig geformten Kanal erlaubt. Wie bei Matthew C. R. Kong u. a., „Pneumatic Flow Switching an Centrifugal Microfluidic Platforms in Motion”, Anal. Chem., 2011, 83, S. 1148–1151, beschrieben ist, wird dazu aktiv Druckluft in eine zentrifugale Plattform eingebracht. Abhängig davon, in welchen Kanal die Druckluft geleitet wird, wird die Flüssigkeit in einen der Kanäle geschaltet. Der Nachteil dieser Lösung ist, dass Druckluft extern vorgelagert werden muss und die Schaltung nicht nur über Änderung der Drehfrequenz erfolgen kann.In other known methods, switching is effected by external pressurized air, such an air pressure based solution permitting the switching of liquids on a T-shaped channel. As with Matthew C. R. Kong u. a., "Pneumatic Flow Switching on Centrifugal Microfluidic Platforms in Motion", Anal. Chem., 2011, 83, pp. 1148-1151, compressed air is actively introduced into a centrifugal platform. Depending on the channel in which the compressed air is passed, the liquid is switched into one of the channels. The disadvantage of this solution is that compressed air must be externally upstream and the circuit can not only be done by changing the rotational frequency.

Ferner sind beispielsweise aus der DE 10 2008 003 979 B3 und der DE 10 2009 050 979 A1 Verfahren zum zentrifugo-pneumatischen Schalten bekannt. Bei einem zentrifugo-pneumatischen Schalten wird ein zentrifugierbares strukturiertes Substrat mit einer oder mehreren radial weiter innen liegenden Kammern versehen. Diese sind mit Kanälen mit radial weiter außen liegenden Kammern verbunden, wovon mindestens eine keine andere Belüftung als den Verbindungskanal zu den anderen Kammern aufweist. Durch die Geometrie der Kanäle wird ein bevorzugter Fluss von Flüssigkeit von der radial innen liegenden Kammer in diese Kammer erzeugt, was während dieses Vorgangs die Kammer von der Außenluft trennt. Wird nun, unabhängig von der Drehrichtung, durch ein schnelles Drehen des Substrates um eine Drehachse eine hohe Zentrifugalkraft auf eine Flüssigkeit in der radial innen liegenden Kammer ausgeübt, fließt diese durch einen Phasenaustausch in die unbelüftete Kammer. Wird eine andere Flüssigkeit in der radial innen liegenden Kammer mit einer langsameren Rotationsfrequenz beaufschlagt, die nicht für einen Phasenauschausch ausreichend ist, wird sie durch den Gegendruck der Luft in der unbelüfteten Kammer in den Kanal zu einer belüfteten Kammer gezwungen. Dies ermöglicht das Schalten von Flüssigkeiten mit einer einfachen Struktur ohne lokale Beschichtungen auf einer Laborzentrifuge. Die Schaltfunktion des Luft-Gegendrucks ist deutlich stabiler gegenüber Flüssigkeiten mit niedrigen Oberflächenspannungen wie hydrophobe Ventile.Further, for example, from the DE 10 2008 003 979 B3 and the DE 10 2009 050 979 A1 Method for centrifugo-pneumatic switching known. In a centrifugal-pneumatic switching, a centrifugable structured substrate is provided with one or more radially inner chambers. These are connected to channels with radially outer chambers, of which at least one has no ventilation other than the connecting channel to the other chambers. The geometry of the channels creates a preferential flow of liquid from the radially inner chamber into this chamber, separating the chamber from the outside air during this process. If now, regardless of the direction of rotation, a high centrifugal force exerted on a liquid in the radially inner chamber by a fast rotation of the substrate about an axis of rotation, this flows through a phase change in the unvented chamber. If another liquid in the radially inner chamber is subjected to a slower rotational frequency, which is not sufficient for a phase change, it is forced by the back pressure of the air in the unaerated chamber in the channel to a ventilated chamber. This allows the switching of liquids with a simple structure without local coatings on a laboratory centrifuge. The switching function of the air backpressure is significantly more stable than liquids with low surface tensions such as hydrophobic valves.

Wie ferner in der DE 10 2009 050 979 A1 beschrieben ist, wird bei einer weiteren Implementierung ebenfalls Flüssigkeit von einer oder mehreren radial weiter innen liegenden Einlasskammern zwischen mehreren Auslasskammern geschaltet. Die Kammern sind durch ein Kanalsystem verbunden. Hierbei wird der Fluss der Flüssigkeit durch das Kanalsystem bevorzugt in eine Kammer gelenkt, die über eine Entlüftung verfügt, deren Zugang unter bestimmten Bedingungen durch eine Flüssigkeit verschlossen ist. Beispielsweise kann der Zugang zur Entlüftung bei hohen Zentrifugalkräften geöffnet werden, indem Schaltflüssigkeit, die vorher den Zugang blockierte, in eine geschlossene Schaltkammer gedrückt wird und so die Entlüftung ermöglicht. Bei niedrigen Zentrifugalkräften wird diese Schaltflüssigkeit durch den Luftdruck in der geschlossenen Schaltkammer wieder in den Weg der Entlüftung gedrückt und zwingt so den Flüssigkeitsfluss in die belüftete Kammer.As further in the DE 10 2009 050 979 A1 In another implementation, liquid is also switched from one or more inlet chambers located radially further inward between a plurality of outlet chambers. The chambers are connected by a channel system. In this case, the flow of the liquid through the channel system is preferably directed into a chamber which has a vent whose access is closed by a liquid under certain conditions. For example, the access to the vent at high centrifugal forces can be opened by switching liquid, which previously blocked the access, is pressed into a closed switching chamber, thus allowing the venting. At low centrifugal forces, this switching fluid is forced back into the path of venting by the air pressure in the closed switching chamber, forcing fluid flow into the ventilated chamber.

Schließlich beschreiben Steffen Zehnle u. a., Centrifugo-dynamic inward pumping of liquids an a centrifugal microfluidic platform”, Lab Chip, 2012, 12, 5142–5145, die Verwendung eines in einer Kompressionskammer komprimierten Gasvolumens, um Flüssigkeit auf einer mikrofluidischen zentrifugalen Plattform radial nach innen zu pumpen. Flüssigkeit wird bei einer hohen Drehfrequenz in eine Kompressionskammer eingebracht und komprimiert dabei ein in der Kompressionskammer eingeschlossenes Gasvolumen. Ein schnelles Abbremsen der Plattform führt dabei zu einer schnellen Ausdehnung des komprimierten Gasvolumens, so dass die Flüssigkeit durch einen Auslasskanal aus der Kompressionskammer entweicht, wobei der Auslasskanal einen kleineren Strömungswiederstand aufweist als ein Einlasskanal, über den die Flüssigkeit in die Kompressionskammer eingebracht wurde.Finally, Steffen Zehnle u. a, Centrifugo-dynamic inward pumping of liquids on a centrifugal microfluidic platform ", Lab Chip, 2012, 12, 5142-5145, the use of a volume of gas compressed in a compression chamber to pump fluid radially inwardly on a microfluidic centrifugal platform. Liquid is introduced into a compression chamber at a high rotational frequency, thereby compressing a volume of gas trapped in the compression chamber. Rapid deceleration of the platform leads to a rapid expansion of the compressed gas volume, so that the fluid escapes through an outlet channel from the compression chamber, wherein the outlet channel has a smaller flow resistance than an inlet channel, through which the liquid was introduced into the compression chamber.

Die beschriebenen bekannten Techniken sind nachteilig dahingehend, dass sie es nicht zulassen, hochbenetzende Flüssigkeiten auf einer Laborzentrifuge, die eine Drehung in nur einer Drehrichtung ermöglicht, in einem günstigen mikrofluidischen Testträger, z. B. ohne lokale Oberflächenmodifikationen von einem gemeinsamen Eingangsreservoir in verschiedene Ausgangsreservoire flexibel, z. B. ohne strenge geometrische Einschränkungen des Designs, zu schalten. Somit weisen die beschriebenen Techniken Schwächen beispielsweise bei einer Verwendung zur DNA-Extraktion auf einer Laborzentrifuge auf.The known techniques described are disadvantageous in that they do not permit highly-wettable liquids to be centrifuged on a laboratory centrifuge which permits rotation in only one direction of rotation, in a convenient microfluidic test carrier, e.g. B. without local surface modifications from a common input reservoir into different output reservoirs flexible, z. Without strict geometric constraints on the design. Thus, the described techniques have weaknesses, for example when used for DNA extraction on a laboratory centrifuge.

Aus der US 2003/0207457 A1 ist ein Zentrifugenrotor bekannt, der eine Siphonstruktur aufweist, die zwischen einer ersten Fluidkammer und einer zweiten Fluidkammer angeordnet ist. Ein Einlass des Siphons in die erste Kammer ist radial weiter außen angeordnet als ein Auslass des Siphons in die zweite Kammer, so dass die erste Kammer bis zu einem Pegel entleert wird, der der radialen Position des Auslasses entspricht.From the US 2003/0207457 A1 For example, there is known a centrifuge rotor having a siphon structure disposed between a first fluid chamber and a second fluid chamber. An inlet of the siphon into the first chamber is disposed radially farther out than an outlet of the siphon into the second Chamber, so that the first chamber is emptied to a level corresponding to the radial position of the outlet.

In der US 2012/0295781 A1 ist eine mikrofluidische Vorrichtung zur Bluttrennung beschrieben, die eine Sedimentationskammer aufweist, in die ein Einlasskanal mündet. Ein Siphon-Kanal verbindet die Sedimentationskammer mit einer Sammelkammer, die mit einer Entlüftung versehen ist.In the US 2012/0295781 A1 a microfluidic blood separation device is described, which has a sedimentation chamber into which an inlet channel opens. A siphon channel connects the sedimentation chamber to a collection chamber provided with a vent.

Die US 201 0/01 35859 A1 beschreibt eine mikrofludische Vorrichtung mit mehreren Startreservoiren und einer Ausgabekammer, die mit einer Entlüftungsöffnung versehen ist.The US 201 0/01 35859 A1 describes a microfluidic device having a plurality of starter reservoirs and an output chamber provided with a vent opening.

Die US 2009/0111190 A1 offenbart eine mikrofluidische Vorrichtung mit einer Mikrokanalstruktur und die US 2012/0039769 A1 offenbart eine scheibenbasiertes Fluidtrennungssystem, das mindestens zwei Kanalmuster aufweist, die auf einer Seitenoberfläche der Scheibe gebildet sind.The US 2009/0111190 A1 discloses a microfluidic device with a microchannel structure and the US 2012/0039769 A1 discloses a disc-based fluid separation system having at least two channel patterns formed on a side surface of the disc.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, die es ermöglichen, eine Flüssigkeit durch einen ersten oder zweiten Auslasskanal zuverlässig und flexibel zu schalten bzw. zu leiten.The object underlying the present invention is to provide a device and a method which make it possible to reliably and flexibly switch a fluid through a first or a second outlet channel.

Diese Aufgabe wird durch eine Fluidikvorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 15 gelöst.This object is achieved by a fluidic device according to claim 1 and a method according to claim 15.

Ausführungsbeispiele der Erfindung schaffen eine Fluidikvorrichtung, die um ein Rotationszentrum drehbar ist, zum Leiten einer Flüssigkeit durch einen ersten oder einen zweiten Auslasskanal, mit folgenden Merkmalen:
einer Kompressionskammer;
einem Einlasskanal, der mit der Kompressionskammer fluidisch gekoppelt ist;
dem ersten Auslasskanal, der mit der Kompressionskammer fluidisch gekoppelt ist und einen ersten Strömungswiderstand aufweist; und
dem zweiten Auslasskanal, der mit der Kompressionskammer fluidisch gekoppelt ist und einen zweiten Strömungswiderstand aufweist,
wobei der erste Auslasskanal und der zweite Auslasskanal bezüglich des Rotationszentrums radial ansteigende Abschnitte aufweisen, wobei die Kompressionskammer und der erste und zweite Auslasskanal derart ausgelegt sind, dass bei einer teilweisen Befüllung der Kompressionskammer mit einer Flüssigkeit über den Einlasskanal und einer Drehung der Fluidikvorrichtung mit einer erhöhten Drehfrequenz ein mittels der Flüssigkeit in der Kompressionskammer eingeschlossenes Gas durch einen Zentrifugaldruck komprimiert wird, der durch die Flüssigkeit in dem Einlasskanal und dem ersten und zweiten Auslasskanal erzeugt wird,
wobei der erste Auslasskanal zumindest einen Abschnitt aufweist, der sich radial weiter nach innen erstreckt als ein radial innerster Abschnitt des zweiten Auslasskanals, und wobei der erste und der zweite Strömungskanal derart ausgelegt sind, dass bei einer Ausdehnung des komprimierten Gases mit einer ersten Ausdehnungsrate die Flüssigkeit über den ersten Auslasskanal leitbar ist und dass bei einer Ausdehnung des komprimierten Gases mit einer zweiten Ausdehnungsrate, die kleiner als die erste Ausdehnungsrate ist, die Flüssigkeit über den zweiten Auslasskanal leitbar ist.
Embodiments of the invention provide a fluidic device which is rotatable about a center of rotation for directing a liquid through a first or a second outlet channel, having the following features:
a compression chamber;
an inlet channel fluidly coupled to the compression chamber;
the first exhaust passage fluidly coupled to the compression chamber and having a first flow resistance; and
the second exhaust passage fluidly coupled to the compression chamber and having a second flow resistance,
wherein the first exhaust passage and the second exhaust passage have radially rising portions with respect to the rotation center, wherein the compression chamber and the first and second exhaust passages are configured to increase in a partial filling of the compression chamber with a liquid via the inlet passage and a rotation of the fluidic device with one Rotation frequency, a gas trapped by the liquid in the compression chamber is compressed by a centrifugal pressure generated by the liquid in the inlet channel and the first and second outlet channels,
wherein the first outlet channel has at least a portion that extends radially inward than a radially innermost portion of the second outlet channel, and wherein the first and second flow channels are configured such that upon expansion of the compressed gas at a first expansion rate, the liquid can be conducted via the first outlet channel and that when the compressed gas expands at a second expansion rate which is smaller than the first expansion rate, the liquid can be conducted via the second outlet channel.

Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Leiten einer Flüssigkeit durch den ersten Auslasskanal oder den zweiten Auslasskanal einer entsprechenden Fluidikvorrichtung folgende Schritte auf:
Beaufschlagen der Kompressionskammer, des Einlasskanals und des ersten und zweiten Auslasskanals mit der erhöhten Drehfrequenz, und
ausgehend von der Rotation mit der erhöhten Drehfrequenz, Bewirken, dass sich das komprimierte Gas mit der ersten Ausdehnungsrate ausdehnt, um die Flüssigkeit durch den ersten Auslasskanal zu leiten, oder Bewirken, dass sich das komprimierte Gas mit der zweiten Ausdehnungsrate ausdehnt, um die Flüssigkeit durch den zweiten Auslasskanal zu leiten.
According to embodiments of the present invention, a method for passing a liquid through the first outlet channel or the second outlet channel of a corresponding fluidic device comprises the following steps:
Pressurizing the compression chamber, the intake passage and the first and second exhaust passage at the increased rotational frequency, and
from the rotation at the increased rotational frequency, causing the compressed gas to expand at the first rate of expansion to direct the fluid through the first exhaust port, or causing the compressed gas to expand at the second rate of expansion to pass the fluid to guide the second outlet channel.

Ausführungsbeispiele der Erfindung basieren auf der Erkenntnis, dass zumindest zwei Auslasskanäle derart ausgelegt sein können, dass es möglich ist, Flüssigkeit, die über einen Einlasskanal in eine Kompressionskammer eingebracht wurde, abhängig von der Ausdehnungsrate des in der Kompressionskammer komprimierten Gases durch einen der Auslasskanäle zu entleeren. Die kleinere Ausdehnungsrate kann dabei derart sein, dass der Flüssigkeitsstand in dem Einlasskanal und dem ersten und zweiten Auslasskanal langsam ansteigt, so dass die Flussrate so gering ist, dass Reibungskräfte im Fluid praktisch keinen Einfluss auf die Fluiddynamik haben. Folglich bleiben die Füllstände in den drei parallelen Fluidpfaden gleich, so dass die Flüssigkeit ausschließlich über den zweiten Auslasskanal abgeleitet wird, da der erste Auslasskanal einen Abschnitt aufweist, der sich radial weiter nach innen erstreckt als ein radial innerster Abschnitt des zweiten Auslasskanals. Anders ausgedrückt fließt die Flüssigkeit ausschließlich über den zweiten Auslasskanal ab, da dieser den niedrigsten, also radial äußersten, Scheitelpunkt besitzt. Die größere Ausdehnungsrate kann derart sein, dass die Flüssigkeitsstände in dem Einlasskanal, dem ersten Auslasskanal und dem zweiten Auslasskanal schnell ansteigen, so dass die Flussrate relativ hoch ist und Reibungskräfte die Fluiddynamik beeinflussen. Insbesondere können hohe Reibungskräfte in dem zweiten Auslasskanal die Flussrate derart begrenzen, dass der erste Auslasskanal zuerst gefüllt und somit die Kompressionskammer über den ersten Auslasskanal entleert wird. Somit ist es möglich, abhängig von der Ausdehnungsrate des komprimierten Gases, die Flüssigkeit durch entweder den ersten Auslasskanal oder den zweiten Auslasskanal zu schalten.Embodiments of the invention are based on the recognition that at least two outlet channels can be designed such that it is possible to empty liquid introduced via an inlet channel into a compression chamber, depending on the rate of expansion of the compressed gas in the compression chamber through one of the outlet channels , The smaller expansion rate may be such that the liquid level in the inlet channel and the first and second outlet channel slowly increases, so that the flow rate is so low that frictional forces in the fluid have virtually no influence on the fluid dynamics. Consequently, the levels in the three parallel fluid paths remain the same, so that the fluid is discharged exclusively via the second outlet channel, since the first outlet channel has a portion that extends radially inward than a radially innermost portion of the second outlet channel. In other words, the liquid flows exclusively via the second outlet channel, since it has the lowest, that is, the radially outermost, vertex. The greater rate of expansion may be such that the liquid levels in the inlet channel, the first outlet channel and the second outlet channel increase rapidly, so that the flow rate is relatively high and frictional forces affect the fluid dynamics. In particular, high frictional forces in the second outlet channel can Limit flow rate so that the first outlet channel filled first and thus the compression chamber is emptied via the first outlet channel. Thus, depending on the expansion rate of the compressed gas, it is possible to switch the fluid through either the first outlet passage or the second outlet passage.

Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung ist der zweite Strömungswiderstand größer als der erste Strömungswiderstand, so dass bei einer Ausdehnung des komprimierten Gases mit einer ersten Ausdehnungsrate die Flüssigkeit über den ersten Auslasskanal leitbar ist und dass bei einer Ausdehnung des komprimierten Gases mit einer zweiten Ausdehnungsrate, die kleiner als die erste Ausdehnungsrate ist, die Flüssigkeit über den zweiten Auslasskanal leitbar ist.In embodiments of the invention, the second flow resistance is greater than the first flow resistance, such that upon expansion of the compressed gas at a first expansion rate, the liquid is conductive via the first outlet channel and that upon expansion of the compressed gas at a second expansion rate less than the first rate of expansion is that liquid is conductive via the second outlet channel.

Bei alternativen Ausführungsbeispielen weist der zweite Auslasskanal einen Volumenpuffer auf, der ausgelegt ist, um Flüssigkeit aufzunehmen und zu verhindern, dass Flüssigkeit einen radial innersten Abschnitt des zweiten Auslasskanals erreicht, wenn die Flüssigkeit bei einer Ausdehnung des komprimierten Gases mit der ersten Ausdehnungsrate durch den ersten Auslasskanal geleitet wird. Bei solchen Ausführungsbeispielen kann der zweite Strömungswiderstand gleich oder sogar kleiner wie der erste Strömungswiderstand sein.In alternative embodiments, the second outlet channel includes a volume buffer configured to receive liquid and prevent liquid from reaching a radially innermost portion of the second outlet channel when the liquid expands upon expansion of the compressed gas at the first rate of expansion through the first outlet channel is directed. In such embodiments, the second flow resistance may be equal to or even less than the first flow resistance.

Bei Ausführungsbeispielen weist der zweite Auslasskanal einen Siphon auf, wobei ein radial innerer Scheitelpunkt des Siphons radial weiter außen angeordnet ist als ein radial innerer Abschnitt des ersten Auslasskanals. Beispielsweise kann dieser radial innere Abschnitt des ersten Auslasskanals ein Siphon des ersten Auslasskanals sein. Somit ist es auf zuverlässige Weise möglich, die Flüssigkeit durch den zweiten Auslasskanal zu entleeren, wenn eine Ausdehnung des komprimierten Gases mit der ersten, geringen Ausdehnungsrate bewirkt wird.In embodiments, the second outlet channel has a siphon, wherein a radially inner vertex of the siphon is disposed radially farther out than a radially inner portion of the first outlet channel. For example, this radially inner portion of the first outlet channel may be a siphon of the first outlet channel. Thus, it is reliably possible to empty the liquid through the second outlet channel when expansion of the compressed gas at the first, low expansion rate is effected.

Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung ist der zweite Strömungswiderstand größer als der erste Strömungswiderstand, wobei der zweite Auslasskanal einen Volumenpuffer aufweist, der ausgelegt ist, um Flüssigkeit aufzunehmen und zu verhindern, dass Flüssigkeit den radial innersten Abschnitt des zweiten Auslasskanals erreicht, wenn die Flüssigkeit bei einer Ausdehnung des komprimierten Gases mit der größeren Ausdehnungsrate durch den ersten Auslasskanal geleitet wird. Somit kann zuverlässig sichergestellt werden, dass Flüssigkeit ausschließlich durch den ersten Auslasskanal von der Kompressionskammer entleert wird.In embodiments of the invention, the second flow resistance is greater than the first flow resistance, the second outlet channel having a volume buffer configured to receive liquid and prevent liquid from reaching the radially innermost portion of the second outlet channel when the liquid expands of the compressed gas at the greater rate of expansion is directed through the first exhaust passage. Thus it can be reliably ensured that liquid is emptied exclusively through the first outlet channel of the compression chamber.

Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung sind der Einlasskanal und der erste und zweite Auslasskanal mit einem Fluidkanal fluidisch gekoppelt, der in die Kompressionskammer, beispielsweise in ein radial äußeres Ende der Kompressionskammer, mündet. Eine solche Anordnung ermöglicht eine vollständige Entleerung der Kompressionskammer.In embodiments of the invention, the inlet channel and the first and second outlet channels are fluidly coupled to a fluid channel which opens into the compression chamber, for example into a radially outer end of the compression chamber. Such an arrangement allows complete emptying of the compression chamber.

Bei Ausführungsbeispielen münden der Einlasskanal und der erste und zweite Auslasskanal in eine radial innere Seite des Fluidkanals, wobei eine radial äußere Seite des Fluidkanals eine Ausbuchtung aufweist. Dies ermöglicht auf vorteilhafte Weise die Ausbildung einer Sedimentationskammer auf der radial äußeren Seite des Fluidkanals, in die der Einlasskanal und die Auslasskanäle münden.In embodiments, the inlet channel and the first and second outlet channels open into a radially inner side of the fluid channel, wherein a radially outer side of the fluid channel has a bulge. This advantageously makes it possible to form a sedimentation chamber on the radially outer side of the fluid channel, into which the inlet channel and the outlet channels open.

Bei Ausführungsbeispielen mündet ein erstes Ende des ersten Auslasskanals an einer Position in eine Auslasskammer, die radial weiter innen liegt als ein Auslass der Kompressionskammer, der mit einem zweiten Ende des ersten Auslasskanals fluidisch gekoppelt ist. Bei solchen Ausführungsbeispielen kann die Ausdehnung des komprimierten Gases zusätzlich verwendet werden, um ein radial nach innen gerichtetes Pumpen der Flüssigkeit zu implementieren.In embodiments, a first end of the first outlet channel opens into a position in an outlet chamber located radially inward than an outlet of the compression chamber fluidly coupled to a second end of the first outlet channel. In such embodiments, the expansion of the compressed gas may additionally be used to implement a radially inward pumping of the liquid.

Bei Ausführungsbeispielen ist ein erstes Ende des ersten Auslasskanals mit einer Analysekammer fluidisch gekoppelt, ein erstes Ende des zweiten Auslasskanals ist mit einer Abfallkammer fluidisch gekoppelt, und zweite Enden des ersten und des zweiten Auslasskanals sind mit der Kompressionskammer fluidisch gekoppelt. Somit sind Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung insbesondere auch zur Aufreinigung von Nukleinsäure auf einer rotierenden Plattform geeignet.In embodiments, a first end of the first outlet channel is fluidly coupled to an analysis chamber, a first end of the second outlet channel is fluidly coupled to a waste chamber, and second ends of the first and second outlet channels are fluidically coupled to the compression chamber. Thus, embodiments of the present invention are particularly suitable for purifying nucleic acid on a rotating platform.

Bei Ausführungsbeispielen sind die Fluidikstrukturen, die die Kompressionskammer, den Einlasskanal, den ersten Auslasskanal und den zweiten Auslasskanal aufweisen, in einem Substrat gebildet, wobei das Substrat als Rotationskörper, beispielsweise als Scheibe, ausgebildet sein kann, oder als Fluidikmodul, das in einen Rotationskörper einsetzbar ist.In embodiments, the fluidic structures, which comprise the compression chamber, the inlet channel, the first outlet channel and the second outlet channel, are formed in a substrate, wherein the substrate may be formed as a rotational body, for example as a disc, or as a fluidic module, which can be inserted into a rotational body is.

Ausführungsbeispiele einer Fluidikvorrichtung sind somit auf einen Rotationskörper bzw. ein Fluidikmodul mit entsprechenden Fluidikstrukturen gerichtet. Alternative Ausführungsbeispiele einer Fluidikvorrichtung umfassen ferner eine Einrichtung zum Bewirken, dass sich das komprimierte Gas mit der ersten Ausdehnungsrate oder der zweiten Ausdehnungsrate ausdehnt. Diese Einrichtung zum Bewirken, dass das sich das komprimierte Gas entsprechend ausdehnt, kann beispielsweise eine Antriebseinrichtung, die ausgelegt ist, um die Kompressionskammer, den Einlasskanal und den ersten und zweiten Auslasskanal mit unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten zu beaufschlagen, eine Heizeinrichtung, die ausgelegt ist, um das Gas in der Kompressionskammer mit unterschiedlichen Temperaturgradienten zu beaufschlagen, oder eine Einrichtung zum Erzeugen einer chemischen Reaktion in der Kompressionskammer aufweisen. Ferner sind Kombinationen derartiger Einrichtungen möglich.Embodiments of a fluidic device are thus directed to a rotary body or a fluidic module with corresponding fluidic structures. Alternative embodiments of a fluidic device further include means for causing the compressed gas to expand at the first rate of expansion or the second rate of expansion. This means for causing the compressed gas to expand accordingly may include, for example, a driving device configured to apply different rotational speeds to the compression chamber, the inlet port, and the first and second exhaust ports, a heater configured to rotate therethrough Gas in the compression chamber with different Apply temperature gradient, or have means for generating a chemical reaction in the compression chamber. Furthermore, combinations of such devices are possible.

Bei Ausführungsbeispielen weist die Einrichtung zum Bewirken, dass sich das komprimierte Gas mit einer entsprechenden Ausdehnungsrate ausdehnt, eine Antriebseinrichtung auf, die konfiguriert ist, um die Kompressionskammer, den Einlasskanal und den ersten und zweiten Auslasskanal mit einer Rotation mit der konstanten Drehfrequenz zu beaufschlagen, und um ausgehend von der Rotation der konstanten Drehfrequenz die Drehfrequenz entweder mit einer ersten Drehfrequenzverminderungsrate zu vermindern, um zu bewirken, dass sich das komprimierte Gas mit der ersten Ausdehnungsrate ausdehnt und die Flüssigkeit durch den ersten Auslasskanal geleitet wird, oder mit einer zweiten Drehfrequenzverminderungsrate zu vermindern, die geringer ist als die erste Drehfrequenzverminderungsrate, um zu bewirken, dass sich das komprimierte Gas mit der zweiten Ausdehnungsrate ausdehnt und die Flüssigkeit durch den zweiten Auslasskanal geleitet wird.In embodiments, the means for causing the compressed gas to expand at a corresponding rate of expansion includes a drive configured to urge the compression chamber, the inlet port and the first and second exhaust ports to rotate at the constant rotational frequency, and to decrease the rotational frequency either at a first rotational frequency reduction rate from the constant rotational frequency rotation to cause the compressed gas to expand at the first rate of expansion and to direct the fluid through the first exhaust port, or at a second rotational frequency reduction rate; which is less than the first rotational frequency reduction rate to cause the compressed gas to expand at the second expansion rate and to direct the fluid through the second exhaust port.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the present invention will be explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine schematische Draufsicht auf eine Fluidikvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; 1 a schematic plan view of a fluidic device according to an embodiment of the invention;

2 eine schematische Darstellung unterschiedlicher Drehfrequenzprotokolle; 2 a schematic representation of different rotational frequency protocols;

3 schematische Darstellungen unterschiedlicher Phasen eines Verfahrens zum Leiten von Flüssigkeiten durch einen ersten oder zweiten Auslasskanal; 3 schematic representations of different phases of a method for conducting liquids through a first or second outlet channel;

4 eine schematische Draufsicht auf eine Fluidikvorrichtung gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel; 4 a schematic plan view of a fluidic device according to an alternative embodiment;

5 schematische Darstellungen eines alternativen Ausführungsbeispiels einer Fluidikvorrichtung während unterschiedlicher Phasen beim Leiten einer Flüssigkeit durch einen ersten oder zweiten Auslasskanal; 5 schematic representations of an alternative embodiment of a fluidic device during different phases when passing a liquid through a first or second outlet channel;

6 und 7 schematische Seitenansichten zur Erläuterung von Ausführungsbeispielen von Fluidikvorrichtungen. 6 and 7 schematic side views for explaining embodiments of fluidic devices.

Bevor spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert werden, sei zunächst darauf hingewiesen, dass Beispiele der Erfindung insbesondere auf dem Gebiet der zentrifugalen Mikrofluidik Anwendung finden können, bei der es um die Prozessierung von Flüssigkeiten im Nanoliter- bis Milliliterbereich geht. Entsprechend können die Fluidikvorrichtungen geeignete Abmessungen im Mikrometerbereich für die Handhabung entsprechender Flüssigkeitsvolumina aufweisen. Insbesondere können Ausführungsbeispiele der Erfindung auf zentrifugal-mikrofluidischen Systemen Anwendung finden, wie sie beispielsweise unter der Bezeichnung „Lab-on-a-Disk” bekannt sind. Ein Anwendungsschwerpunkt von Ausführungsbeispielen der Erfindung kann dabei auf dem Gebiet der DNA-Extraktion/Aufreinigung liegen. Dabei werden Lysat und Waschpuffer durch eine Festphase geleitet und anschließend in eine Abfallkammer geschaltet. Als nächstes wird ein Elutionspuffer durch die Festphase geleitet und in eine separate Auslasskammer geschaltet und von dort aus entweder prozessiert oder entnommen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Anwendungsgebiet beschränkt und kann in anderen Kontexten, die das mikrofluidische Schalten von Flüssigkeiten erfordern, verwendet werden.Before specific embodiments of the invention are explained in more detail, it should first be pointed out that examples of the invention can be used in particular in the field of centrifugal microfluidics, which involves the processing of liquids in the nanoliter to milliliter range. Accordingly, the fluidic devices may have suitable dimensions in the micrometer range for handling corresponding volumes of fluid. In particular, embodiments of the invention can be applied to centrifugal microfluidic systems, as known for example under the name "Lab-on-a-Disk". An application focus of embodiments of the invention may be in the field of DNA extraction / purification. In this case, lysate and wash buffer are passed through a solid phase and then switched into a waste chamber. Next, an elution buffer is passed through the solid phase and switched to a separate outlet chamber and therefrom either processed or withdrawn. However, the invention is not limited to this field of application and may be used in other contexts requiring microfluidic switching of liquids.

Wird hierin der Ausdruck radial verwendet, so ist jeweils radial bezüglich des Rotationszentrums, um das das Fluidikmodul bzw. der Rotor drehbar ist, gemeint. Im Zentrifugalfeld ist somit eine radiale Richtung von dem Rotationszentrum weg radial abfallend und eine radiale Richtung zu dem Rotationszentrum hin ist radial ansteigend. Ein Fluidkanal, dessen Anfang näher am Rotationszentrum liegt als dessen Ende, ist somit radial abfallend, während ein Fluidkanal, dessen Anfang weiter vom Rotationszentrum entfernt ist als dessen Ende, radial ansteigend ist. Ein Kanal, der einen radial ansteigenden Abschnitt aufweist weist also Richtungskomponenten auf, die radial ansteigen bzw. radial nach innen verlaufen. Es ist klar, dass ein solcher Kanal nicht exakt entlang einer radialen Linie verlaufen muss, sondern in einem Winkel zu der radialen Linie verlaufen kann.As used herein, the term radial is meant to be radial with respect to the center of rotation about which the fluidic module or rotor is rotatable. Thus, in the centrifugal field, a radial direction is radially sloping away from the center of rotation and a radial direction toward the center of rotation is radially increasing. A fluid channel, the beginning of which is closer to the center of rotation than the end, is thus radially sloping, while a fluid channel, the beginning of which is farther from the center of rotation than its end, is radially increasing. A channel which has a radially rising section thus has directional components which rise radially or extend radially inwards. It is clear that such a channel does not have to run exactly along a radial line, but can run at an angle to the radial line.

Erfindungsgemäß hängt das Schalten durch einen von zumindest zwei Auslasskanälen von der Ausdehnungsrate des in der Kompressionskammer komprimierten Gases ab. Dabei müssen die Ausdehnungsraten nicht konstant sein. Lediglich in einem zeitlich begrenzten Abschnitt muss die erste Ausdehnungsrate größer als die zweite Ausdehnungsrate sein.According to the invention, the switching through one of at least two outlet channels depends on the rate of expansion of the gas compressed in the compression chamber. The expansion rates do not have to be constant. Only in a limited time period does the first expansion rate have to be greater than the second expansion rate.

Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann bei der Drehung mit der erhöhten Drehfrequenz eine Drehung mit einer konstanten Drehfrequenz stattfinden, so dass ein Kräftegleichgewicht zwischen einem Druck, der durch das mittels der Flüssigkeit in der Kompressionskammer eingeschlossene und komprimierte Gas erzeugt wird, und einem entgegenwirkenden Zentrifugaldruck, der durch die Flüssigkeit in dem Einlasskanal und dem ersten und zweiten Auslasskanal erzeugt wird, entsteht.In embodiments of the invention, upon rotation at the increased rotational frequency, rotation may occur at a constant rotational frequency such that a balance of forces is created between pressure generated by the gas trapped and compressed in the compression chamber by the fluid and counteracting centrifugal pressure is generated by the liquid in the inlet channel and the first and second outlet channel arises.

Bezug nehmend auf die 6 und 7 werden zunächst Beispiele von zentrifugal-mikrofluidischen Systemen beschrieben, bei denen die Erfindung verwendet werden kann. Referring to the 6 and 7 First examples of centrifugal microfluidic systems are described, in which the invention can be used.

6 zeigt eine Vorrichtung mit einem Fluidikmodul 10 in Form eines Rotationskörpers, der ein Substrat 12 und einen Deckel 14 aufweist. Das Substrat 12 und der Deckel 14 können in Draufsicht kreisförmig sein, mit einer mittigen Öffnung, über die der Rotationskörper 10 über eine übliche Befestigungseinrichtung 16 an einem rotierenden Teil 18 einer Antriebsvorrichtung 20 angebracht sein kann. Das rotierende Teil 18 ist drehbar an einem stationären Teil 22 der Antriebsvorrichtung 20 gelagert. Bei der Antriebsvorrichtung 20 kann es beispielsweise um eine herkömmliche Zentrifuge mit einstellbarer Drehgeschwindigkeit oder auch ein CD- oder DVD-Laufwerk handeln. Eine Steuereinrichtung 24 kann vorgesehen sein, die ausgelegt ist, um die Antriebsvorrichtung 20 zu steuern, um den Rotationskörper 10 mit Rotationen mit unterschiedlichen Drehfrequenzen zu beaufschlagen. Die Steuereinrichtung 24 kann, wie für Fachleute offensichtlich ist, beispielsweise durch eine entsprechend programmierte Recheneinrichtung oder eine anwenderspezifische integrierte Schaltung implementiert sein. Die Steuereinrichtung 24 kann ferner ausgelegt sein, um auf manuelle Eingaben durch einen Benutzer hin die Antriebsvorrichtung 20 zu steuern, um die erforderlichen Rotationen des Rotationskörpers zu bewirken. In jedem Fall kann die Steuereinrichtung 24 konfiguriert sein, um die Antriebsvorrichtung 20 zu steuern, um den Rotationskörper mit den erforderlichen Drehfrequenzen zu beaufschlagen, um Ausführungsbeispiele der Erfindung, wie sie hierin beschrieben sind, zu implementieren. Als Antriebsvorrichtung 20 kann eine herkömmliche Zentrifuge mit nur einer Drehrichtung verwendet werden. 6 shows a device with a fluidic module 10 in the form of a body of revolution, which is a substrate 12 and a lid 14 having. The substrate 12 and the lid 14 may be circular in plan view, with a central opening through which the body of revolution 10 via a conventional fastening device 16 on a rotating part 18 a drive device 20 can be appropriate. The rotating part 18 is rotatable on a stationary part 22 the drive device 20 stored. In the drive device 20 For example, it can be a conventional adjustable-speed centrifuge or a CD or DVD drive. A control device 24 may be provided, which is designed to drive the drive 20 to control the rotational body 10 to act on rotations with different rotational frequencies. The control device 24 As can be appreciated by those skilled in the art, for example, it may be implemented by a suitably programmed computing device or user-specific integrated circuit. The control device 24 may be further configured to respond to manual inputs by a user, the drive device 20 to control to cause the required rotations of the rotating body. In any case, the control device 24 be configured to the drive device 20 to control the rotational body with the required rotational frequencies to implement embodiments of the invention as described herein. As a drive device 20 a conventional centrifuge with only one direction of rotation can be used.

Der Rotationskörper 10 weist die erforderlichen Fluidikstrukturen auf. Die erforderlichen Fluidikstrukturen können durch Kavitäten und Kanäle in dem Deckel 14, dem Substrat 12 oder in dem Substrat 12 und dem Deckel 14 gebildet sein. Bei Ausführungsbeispielen können beispielsweise Fluidikstrukturen in dem Substrat 12 abgebildet sein, während Einfüllöffnungen und Entlüftungsöffnungen in dem Deckel 14 gebildet sind. Bei Ausführungsbeispielen ist das strukturierte Substrat (inklusive Einfüllöffnungen und Entlüftungsöffnungen) oben angeordnet und der Deckel unten angeordnet.The rotation body 10 has the required fluidic structures. The required fluidic structures may be through cavities and channels in the lid 14 , the substrate 12 or in the substrate 12 and the lid 14 be formed. In embodiments, for example, fluidic structures in the substrate 12 be pictured while filling openings and vents in the lid 14 are formed. In embodiments, the patterned substrate (including fill openings and vents) is located at the top and the lid is located at the bottom.

Bei einem alternativen in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel sind Fluidikmodule 32 in einen Rotor 30 eingesetzt und bilden zusammen mit dem Rotor 30 den Rotationskörper 10. Die Fluidikmodule 32 können jeweils ein Substrat und einen Deckel aufweisen, in denen wiederum entsprechende Fluidikstrukturen gebildet sein können. Der durch den Rotor 30 und die Fluidikmodule 32 gebildete Rotationskörper 10 ist wiederum durch eine Antriebsvorrichtung 20, die durch die Steuereinrichtung 24 gesteuert wird, mit einer Rotation beaufschlagbar.For an alternative in 7 shown embodiment are fluidic modules 32 in a rotor 30 inserted and form together with the rotor 30 the rotation body 10 , The fluidic modules 32 can each have a substrate and a lid, in which in turn corresponding fluidic structures can be formed. The one by the rotor 30 and the fluidic modules 32 formed rotational body 10 is in turn by a drive device 20 by the control device 24 is controlled, acted upon with a rotation.

Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung können das Fluidikmodul bzw. der Rotationskörper, das bzw. der die fluidischen Strukturen aufweist, aus einem beliebigen geeigneten Material gebildet sein, beispielsweise einem Kunststoff, wie PMMA (Polymethylmethacrylat), PC (Polycarbonat), PVC (Polyvinylchlorid) oder PDMS (Polydimethylsiloxan), Glas oder dergleichen. Der Rotationskörper 10 kann als eine zentrifugal-mikrofluidische Plattform betrachtet werden.In embodiments of the invention, the fluidic module or body having the fluidic structures may be formed of any suitable material, for example a plastic such as PMMA (polymethyl methacrylate), PC (polycarbonate), PVC (polyvinylchloride) or PDMS (Polydimethylsiloxane), glass or the like. The rotation body 10 can be considered as a centrifugal microfluidic platform.

Ausführungsbeispiele von Fluidikstrukturen zur Implementierung erfindungsgemäßer Fluidikvorrichtungen werden nachfolgend Bezug nehmend auf die 1 bis 5 näher erläutert. Solche Fluidikstrukturen ermöglichen, in einem Zentrifugenrotor Flüssigkeit von einem Einlassreservoir abhängig vom Frequenzprotokoll in einen von zwei oder mehr verschiedenen nachfolgenden Auslasskanälen zu schalten. In welche der Auslasskanäle die Flüssigkeit geschaltet wird, hängt vom verwendeten Frequenzprotokoll ab. Dabei kann zunächst bei hoher Drehfrequenz Flüssigkeit durch einen oder mehrere Einlasskanäle radial nach außen in eine Kompressionskammer gepumpt werden, in der ein kompressibles Medium eingeschlossen und komprimiert wird. Gleichzeitig werden zwei oder mehr Auslasskanäle, welche mit der Kompressionskammer verbunden sind teilweise befüllt. Beispielsweise durch Abbremsung des Rotors auf eine geringe Drehfrequenz dehnt sich das kompressible Medium wieder aus. In Abhängigkeit der vordefinierten hydraulischen Widerstände und der Höhe jeweiliger Siphon-Strukturen der Auslasskanäle füllt die Flüssigkeit nun einen oder mehrere der Siphon-Strukturen vollständig. Dabei bestimmt die Abbremsrate, welche der Auslasskanäle vollständig gefüllt werden. Alternativ kann der Entleerungsvorgang (Pumpvorgang) auch ohne Abbremsung ausschließlich durch Ausdehnung des kompressiblen Mediums in der Kompressionskammer erfolgen. Eine solche Ausdehnung kann thermisch induziert sein oder durch Gasentwicklung aufgrund chemischer Reaktionen ausgelöst werden. Kombinationen der beschriebenen Effekte sind ebenfalls möglich. Nach der vollständigen Befüllung eines oder mehrerer Auslasskanäle wird die zu schaltende Flüssigkeit dann vollständig oder teilweise in den entsprechenden Auslasskanal bzw. die entsprechenden Auslasskanäle überführt.Embodiments of fluidic structures for implementing fluidic devices according to the present invention will be described below with reference to FIGS 1 to 5 explained in more detail. Such fluidic structures enable fluid to be switched from an inlet reservoir in one centrifuge rotor into one of two or more different subsequent outlet channels depending on the frequency protocol. In which of the outlet channels the liquid is switched depends on the frequency protocol used. In this case, fluid can first be pumped through one or more inlet channels radially outward into a compression chamber at high rotational frequency, in which a compressible medium is enclosed and compressed. At the same time, two or more outlet passages connected to the compression chamber are partially filled. For example, by braking the rotor to a low rotational frequency, the compressible medium expands again. Depending on the predefined hydraulic resistances and the height of respective siphon structures of the outlet channels, the liquid now completely fills one or more of the siphon structures. The deceleration rate determines which of the exhaust ports are completely filled. Alternatively, the emptying process (pumping operation) can take place without deceleration exclusively by expansion of the compressible medium in the compression chamber. Such expansion can be thermally induced or triggered by gas evolution due to chemical reactions. Combinations of the described effects are also possible. After the complete filling of one or more outlet channels, the liquid to be switched is then transferred completely or partially into the corresponding outlet channel or the corresponding outlet channels.

1 zeigt schematisch eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer Fluidikvorrichtung in Form einer zentrifugalen Scheibe. Fluidikstrukturen, die in der zentrifugalen Scheibe 100 gebildet sind, sind beispielsweise für eine automatisierte Bakterien-DNA-Extraktion aus Vollblut geeignet. Die Fluidikstrukturen weisen ein Einlassreservoir 102, eine Kompressionskammer 104, eine Sedimentationskammer 106, einen Einlasskanal 108, der das Einlassreservoir 102 mit der Sedimentationskammer 106 fluidisch verbindet, einen ersten Auslasskanal 110 und einen zweiten Auslasskanal 112 auf. Die Fluidikvorrichtung 100 ist um ein Rotationszentrum 114 drehbar. Mehrere Flüssigkeitseinlässe 116a bis 116c für das Einlassreservoir 102 sind vorgesehen. Ein erstes, radial inneres Ende des Einlasskanals 108 mündet in einen radial äußeren Abschnitt des Einlassreservoirs 102 und ein zweites, radial äußeres Ende des Einlasskanals 108 mündet in einen radial inneren Abschnitt der Sedimentationskammer 106. 1 schematically shows a plan view of an embodiment of a fluidic device in the form of a centrifugal disc. Fluidic structures in the centrifugal disc 100 are formed, for example, for an automated Bacterial DNA extraction from whole blood suitable. The fluidic structures have an inlet reservoir 102 , a compression chamber 104 , a sedimentation chamber 106 , an inlet channel 108 that the inlet reservoir 102 with the sedimentation chamber 106 fluidly connects, a first outlet channel 110 and a second outlet channel 112 on. The fluidic device 100 is a rotation center 114 rotatable. Multiple fluid inlets 116a to 116c for the inlet reservoir 102 are provided. A first, radially inner end of the inlet channel 108 opens into a radially outer portion of the inlet reservoir 102 and a second, radially outer end of the inlet channel 108 opens into a radially inner portion of the sedimentation chamber 106 ,

Der erste Auslasskanal 110 und der zweite Auslasskanal 112 weisen jeweils eine Siphon-Struktur auf. Erste Enden 120 und 122 des ersten Auslasskanals 110 und des zweiten Auslasskanals 112 sind an einer Position angeordnet, die radial weiter außen liegt als die Kompressionskammer 104 und die Sedimentationskammer 106, so dass die Auslasskanäle 110 und 112 geeignet sind, um diese Kammern vollständig zu entleeren. Ein zweites Ende der ersten und zweiten Auslasskanäle 110 und 112 mündet in einen radial inneren Bereich der Sedimentationskammer 106.The first outlet channel 110 and the second exhaust duct 112 each have a siphon structure. First ends 120 and 122 of the first outlet channel 110 and the second outlet channel 112 are disposed at a position that is radially outward than the compression chamber 104 and the sedimentation chamber 106 so that the outlet channels 110 and 112 are suitable to completely empty these chambers. A second end of the first and second outlet channels 110 and 112 opens into a radially inner region of the sedimentation chamber 106 ,

Der zweite Auslasskanal 112 weist einen höheren Strömungswiderstand als der erste Auslasskanal 110 auf. Allgemein können bei Ausführungsbeispielen der Erfindung unterschiedliche Strömungswiderstände (hydraulische Widerstände) jeweiliger Fluidkanäle über unterschiedliche Strömungsquerschnitte erreicht werden. Somit kann der zweite Auslasskanal mit einem geringeren Strömungsquerschnitt implementiert sein als der erste Auslasskanal und somit als ein enger Fluidkanal bezeichnet werden.The second outlet channel 112 has a higher flow resistance than the first outlet channel 110 on. In general, in embodiments of the invention, different flow resistances (hydraulic resistances) of respective fluid channels can be achieved via different flow cross sections. Thus, the second outlet channel may be implemented with a smaller flow area than the first outlet channel and thus be referred to as a narrow fluid channel.

Unter Kompressionskammer ist hierin eine Kammer zu verstehen, die das Komprimieren eines kompressiblen Mediums ermöglicht. Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung handelt es sich dabei um eine nicht entlüftete Kammer. Bei Ausführungsbeispielen weist die Kompressionskammer mit Ausnahme des Fluideinlasses und der zwei oder mehr Fluidauslässe keine weiteren Fluidöffnungen auf. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann die Kompressionskammer über einen optionalen zusätzlichen Kanal 124 mit zusätzlichem Kompressionsvolumen gekoppelt sein. Bei wiederum alternativen Ausführungsbeispielen kann die Kompressionskammer eine Entlüftungsöffnung aufweisen, die verschließbar ist, um die Kompression eines kompressiblen Mediums in der Kompressionskammer zu ermöglichen.By compression chamber is meant herein a chamber that allows the compression of a compressible medium. In embodiments of the present invention, this is a non-vented chamber. In embodiments, with the exception of the fluid inlet and the two or more fluid outlets, the compression chamber has no further fluid openings. In alternative embodiments, the compression chamber may be provided via an optional additional channel 124 coupled with additional compression volume. In yet alternative embodiments, the compression chamber may include a vent opening which is closable to allow compression of a compressible medium in the compression chamber.

Über die Flüssigkeitseinlässe 116a bis 116c können Flüssigkeitsreagenzien, die vorgelagert sein können, in das Einlassreservoir 102 eingeleitet werden. Von dort aus können die Flüssigkeiten zentrifugal durch den Einlasskanal 108 über die Sedimentationskammer 106 in die Kompressionskammer 104 gepumpt werden. Dabei kann in der Kompressionskammer ein Gasvolumen 130 eingeschlossen und komprimiert werden. Gleichzeitig baut sich im Einlasskanal 108 sowie den Auslasskanälen 110 und 112 ein zentrifugaler Gegendruck auf. Bei einer (in der Regel konstanten) Drehfrequenz der Fluidikvorrichtung 100 (der zentrifugalen Scheibe), die geeignet ist, um das in der Kompressionskammer 104 eingeschlossene Gasvolumen (in der Regel Luft) zu komprimieren, stellt sich ein Kräftegleichgewicht zwischen dem Luftdruck des Gasvolumens und dem entgegenwirkenden Zentrifugaldruck der Flüssigkeiten in dem Einlasskanal 108, dem ersten Auslasskanal 110 und dem zweiten Auslasskanal 112 ein. Eine geeignete Drehfrequenz kann beispielsweise im Bereich von 30 bis 120 Hz liegen, beispielsweise in der Größenordnung von 75 Hz. Eine solche Drehfrequenz kann als hohe Drehfrequenz bezeichnet werden. Der sich ergebende Gleichgewichtszustand ist in 3A dargestellt, wobei sich in der Kompressionskammer 104 eine komprimiertes Gasvolumen 130 befindet. Die zugeordnete hohe Drehfrequenz ist ferner in dem Frequenzprotokoll in 2 unter A zu erkennen.About the fluid inlets 116a to 116c For example, liquid reagents that may be upstream may enter the inlet reservoir 102 be initiated. From there, the liquids can be centrifuged through the inlet channel 108 over the sedimentation chamber 106 in the compression chamber 104 be pumped. In this case, in the compression chamber, a gas volume 130 enclosed and compressed. At the same time it is building in the inlet channel 108 and the outlet channels 110 and 112 a centrifugal back pressure on. At a (generally constant) rotational frequency of the fluidic device 100 (the centrifugal disc), which is suitable to that in the compression chamber 104 To compress enclosed gas volumes (usually air), a balance of forces between the air pressure of the gas volume and the counteracting centrifugal pressure of the liquids in the inlet channel 108 , the first outlet channel 110 and the second outlet channel 112 one. A suitable rotational frequency may be, for example, in the range of 30 to 120 Hz, for example of the order of 75 Hz. Such a rotational frequency may be referred to as a high rotational frequency. The resulting equilibrium state is in 3A shown, being in the compression chamber 104 a compressed gas volume 130 located. The associated high rotation frequency is further in the frequency log in FIG 2 to recognize under A.

Ausgehend von der in 3A gezeigten Situation kann nunmehr die Flüssigkeit durch entweder den ersten Auslasskanal 110 oder den zweiten Auslasskanal 112 geschaltet werden, abhängig von der Rate, mit der die Drehfrequenz vermindert wird. 3B zeigt den Fall, bei dem eine langsame Drehfrequenzverminderung stattfindet, während in 3C der Fall gezeigt ist, bei dem eine schnelle Drehfrequenzverminderung stattfindet.Starting from the in 3A Now, the liquid can pass through either the first outlet channel 110 or the second outlet channel 112 depending on the rate at which the rotation frequency is reduced. 3B shows the case where slow deceleration takes place while in 3C the case is shown in which a rapid reduction of the rotational frequency takes place.

Anders ausgedrückt entscheidet bei einer anschließenden Verminderung der Drehfrequenz auf eine niedrige Drehfrequenz, von beispielsweise 15 Hz, die Geschwindigkeit, mit welcher die Drehfrequenz verringert wird, durch welchen Auslasskanal, d. h. Siphon, die prozessierte Flüssigkeit abläuft. Bei einer langsamen Verminderung der Drehfrequenz, beispielsweise mit einer Rate von weniger als 5 Hz/s, dehnt sich das Gasvolumen langsam aus und die Flüssigkeit wird langsam aus der Kompressionskammer verdrängt. Dadurch steigt der Flüssigkeitsstand im ersten Auslasskanal 110, im zweiten Auslasskanal 112 und im Einlasskanal langsam an, so dass die Flussrate annähernd Null ist. Somit haben Reibungskräfte im Fluid praktisch keinen Einfluss auf die Fluiddynamik und die Füllstände in den drei parallelen Fluidpfaden bleiben im Wesentlichen gleich. Es liegt somit ein quasi-statischer Fall vor. Da der Scheitelpunkt des zweiten Auslasskanals 112 radial weiter außen liegt als der Scheitelpunkt des ersten Auslasskanals 110, fließt die Flüssigkeit somit ausschließlich über den zweiten Auslasskanal 112 ab, da dieser den niedrigsten, also radial äußersten, Scheitelpunkt besitzt. Dieser Fall ist in 3B gezeigt. Die entsprechend langsame Drehfrequenzverminderung ist ferner in dem Frequenzprotokoll von 2 unter B zu erkennen.In other words, in a subsequent reduction of the rotational frequency to a low rotational frequency, for example 15 Hz, the speed at which the rotational frequency is reduced decides through which outlet channel, ie siphon, the processed fluid expires. With a slow reduction of the rotational frequency, for example at a rate of less than 5 Hz / s, the gas volume expands slowly and the liquid is slowly displaced from the compression chamber. This increases the liquid level in the first outlet channel 110 , in the second outlet channel 112 and slowly in the inlet channel, so that the flow rate is approximately zero. Thus, frictional forces in the fluid have virtually no influence on the fluid dynamics and the levels in the three parallel fluid paths remain substantially the same. There is thus a quasi-static case. Because the vertex of the second exhaust duct 112 radially further out than the vertex of the first exhaust duct 110 , the liquid thus flows exclusively through the second outlet channel 112 since it has the lowest, ie radially outermost, vertex. This case is in 3B shown. The correspondingly slow rotation frequency reduction is also in the frequency protocol of 2 under B to recognize.

Erfolgt alternativ ausgehend von dem in 3A gezeigten Zustand eine schnelle Verminderung der Drehfrequenz, beispielsweise mit einer Rate von mehr als 10 Hz/s, so wird bewirkt, dass sich das Gasvolumen schnell ausdehnt und die Flüssigkeit schnell verdrängt. Somit steigen die Flüssigkeitsstände in dem Einlasskanal, dem ersten Auslasskanal und dem zweiten Auslasskanal schnell an, so dass die Flussrate relativ hoch ist und Reibungskräfte die Fluiddynamik beeinflussen. Da somit ein dynamischer Vorgang stattfindet, können unterschiedliche Füllhöhen in den drei parallelen Fluidpfaden erreicht werden, so dass Flüssigkeit ausschließlich über den ersten Auslasskanal abgeleitet, d. h. geschaltet werden kann. Insbesondere begrenzen die hohen Reibungskräfte in dem zweiten Auslasskanal 112 die Flussrate durch denselben derart, dass der erste Auslasskanal 110 zuerst gefüllt wird. Je nach geometrischer Auslegung der Auslasskanäle, d. h. der Siphons, kann bewerkstelligt werden, dass die Flüssigkeit den Scheitelpunkt des zweiten Auslasskanals 112 nicht erreicht, so dass ausschließlich der Siphon des ersten Auslasskanals geschaltet und die Flüssigkeit ausschließlich durch diesen Auslasskanal abgeführt wird. Zu diesem Zweck kann, wie in 1 gezeigt ist, der zweite Auslasskanal 112 einen Volumenpuffer 140 aufweisen, der ein bestimmtes Flüssigkeitsvolumen aufnehmen kann, so dass sichergestellt werden kann, dass die Flüssigkeit den Scheitelpunkt des zweiten Auslasskanals 112 nicht erreicht. Der entsprechende Zustand ist in 3C gezeigt. Die entsprechende schnelle Drehfrequenzverminderung ausgehend von der hohen Drehfrequenz ist in dem Frequenzprotokoll von 2 unter C gezeigt.Alternatively, starting from the in 3A a rapid reduction in the rotational frequency, for example at a rate of more than 10 Hz / s, the gas volume is caused to expand rapidly and the liquid to displace rapidly. Thus, the liquid levels in the inlet channel, the first outlet channel and the second outlet channel increase rapidly, so that the flow rate is relatively high and frictional forces affect the fluid dynamics. Since a dynamic process thus takes place, different fill levels in the three parallel fluid paths can be achieved so that liquid can be derived, ie switched, exclusively via the first outlet channel. In particular, the high frictional forces in the second outlet channel limit 112 the flow rate therethrough such that the first exhaust passage 110 is filled first. Depending on the geometric design of the outlet channels, ie the siphons, it can be accomplished that the liquid is the vertex of the second outlet channel 112 not reached, so that only the siphon of the first outlet channel switched and the liquid is discharged exclusively through this outlet channel. For this purpose, as in 1 is shown, the second outlet channel 112 a volume buffer 140 which can receive a certain volume of liquid, so that it can be ensured that the liquid is the vertex of the second outlet channel 112 not reached. The corresponding state is in 3C shown. The corresponding fast speed reduction from the high rotational frequency is in the frequency protocol of 2 shown under C.

Nachdem bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel Flüssigkeit nur dann durch den zweiten Auslasskanal 112 geleitet wird, wenn nach einer Drehfrequenzverminderung ein hohes Flüssigkeitsvolumen in das Einlassreservoir rückgepumpt wurde, ist dieser Auslasskanal in 2 als Volumen-Siphon bezeichnet, während der erste Auslasskanal 110, durch den Flüssigkeit aufgrund eines dynamischen Vorgangs entleert wird, als dynamischer Siphon bezeichnet ist.After in the illustrated embodiment, liquid only through the second outlet channel 112 is passed, if after a reduction in the rotational frequency, a high volume of liquid was pumped back into the inlet reservoir, this outlet channel is in 2 referred to as a volume siphon, while the first outlet channel 110 , is discharged through the liquid due to a dynamic process, is referred to as a dynamic siphon.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel weist die Sedimentationskammer 106 eine Ausbuchtung an einem radial äußeren Abschnitt derselben auf. Ferner ist die Sedimentationskammer 106 mit einem radial äußeren Abschnitt der Kompressionskammer 104 mit derselben gekoppelt. Somit können bei der Rotation mit der hohen Drehfrequenz in der Flüssigkeit befindliche Stoffe höherer Dichte in der Ausbuchtung abgelagert werden. Somit kann neben dem Schalten eine weiterte Funktionalität, nämlich eine Sedimentation erreicht werden. Bei den abgeleiteten Flüssigkeiten kann es sich dann jeweils um entsprechend prozessierte Flüssigkeiten handeln.In the described embodiment, the sedimentation chamber 106 a bulge at a radially outer portion thereof. Further, the sedimentation chamber 106 with a radially outer portion of the compression chamber 104 coupled with the same. Thus, higher density materials in the liquid at high rotational frequency can be deposited in the bulge. Thus, in addition to switching a further functionality, namely a sedimentation can be achieved. The derived liquids can then each be appropriately processed liquids.

Wie oben beschrieben wurde, kann der zweite Auslasskanal 112 einen Volumenpuffer 140 aufweisen. Der Volumenpuffer 140 kann eine beliebige Form aufweisen, solange er geeignet ist, ein Flüssigkeitsvolumen aufzunehmen, um sicherzustellen, dass die Flüssigkeit den Scheitelpunkt des Volumen-Siphons nicht erreicht, bevor eine Entleerung über den ersten Auslasskanal stattfindet.As described above, the second exhaust passage 112 a volume buffer 140 exhibit. The volume buffer 140 may be of any shape as long as it is capable of receiving a volume of liquid to ensure that the liquid does not reach the vertex of the bulk siphon before draining via the first outlet channel.

Eine alternative Ausgestaltung eines Volumenpuffers ist in 4 gezeigt. Bei dieser alternativen Ausgestaltung weist der zweite Auslasskanal 112 einen Volumenpuffer 142 auf, der als geschwungener Kanal ausgeführt ist. Dies ermöglicht, dass, wenn eine Entleerung über den zweiten Auslasskanal 112 stattfindet, d. h. der Volumen-Siphon geschaltet wird, die zu prozessierende Flüssigkeit restlos aus dem. Volumen-Siphon abgeführt wird. Im Gegensatz dazu würde bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel Restflüssigkeit in dem Volumenpuffer 140 verbleiben.An alternative embodiment of a volume buffer is shown in FIG 4 shown. In this alternative embodiment, the second outlet channel 112 a volume buffer 142 on, which is designed as a curved channel. This allows that when emptying through the second exhaust duct 112 takes place, ie the volume siphon is switched, the liquid to be processed completely from the. Volume siphon is discharged. In contrast, in the case of 1 illustrated embodiment residual liquid in the volume buffer 140 remain.

Ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Fluidikvorrichtung, die für eine Nukleinsäureaufreinigung mit einer Einschritt-Reinigung geeignet ist, wird nunmehr Bezug nehmend auf 5 beschrieben, wobei in 5 unterschiedliche Phasen der Vorrichtung während eines entsprechenden Prozesses dargestellt sind.An alternative embodiment of a fluidic device suitable for nucleic acid purification with one-step purification will now be referred to 5 described, in 5 different phases of the device are shown during a corresponding process.

Wie in 5 gezeigt ist, weisen die Fluidikstrukturen einer entsprechenden Fluidikvorrichtung eine Einlasskammer 200, einen Einlasskanal 202, der die Einlasskammer mit einer Kompressionskammer 204 fluidisch verbindet, einen ersten Auslasskanal 206, einen zweiten Auslasskanal 208, eine Abfallkammer 210 und eine Auslasskammer 212 auf. Die entsprechenden Fluidikstrukturen sind in einem Rotationskörper 214 gebildet, der um ein Rotationszentrum 216 drehbar ist. Ein weiterer Fluidkanal 218 kann mit der Auslasskammer 212 fluidisch gekoppelt sein, der beispielsweise eine fluidische Verbindung zu weiteren Verarbeitungsstufen herstellen kann.As in 5 1, the fluidic structures of a corresponding fluidic device have an inlet chamber 200 , an inlet channel 202 containing the inlet chamber with a compression chamber 204 fluidly connects, a first outlet channel 206 , a second outlet channel 208 , a rubbish bin 210 and an outlet chamber 212 on. The corresponding fluidic structures are in a rotational body 214 formed around a rotation center 216 is rotatable. Another fluid channel 218 can with the outlet chamber 212 be fluidly coupled, for example, can establish a fluidic connection to other processing stages.

In der Einlasskammer 200 kann bei diesem Ausführungsbeispiel ein besonders beschichteter Sorbent (Nexttec clean column) angeordnet sein.In the inlet chamber 200 can be arranged in this embodiment, a particularly coated sorbent (Nexttec clean column).

Zur Aufreinigung von Nukleinsäure im sogenannten Ein-Schritt-Verfahren (One-Step-Verfahren) wird der Sorbent zunächst mit einem Puffer 220 benetzt. Der Puffer 220 ist in 5 durch eine schräge Schraffur dargestellt. Unter Zentrifugation bei einer hohen Drehgeschwindigkeit wird nach der Benetzung überschüssige Flüssigkeit aus dem Sorbenten entfernt und in die Kompressionskammer überführt. Dadurch wird in der Kompressionskammer eine Gasblase eingeschlossen und komprimiert. Der sich durch den entsprechenden Druck p ergebende Gleichgewichtszustand ist in 5B dargestellt. Ausgehend von diesem Zustand benetzt durch eine langsame Verringerung der Zentrifugationsgeschwindigkeit die Flüssigkeit den Volumen-Siphon, d. h. den zweiten Auslasskanal 208 und wird durch Zentrifugalkäfte in das Abfallreservoir 210 überführt. Der sich ergebende Zustand ist in 5C dargestellt.For the purification of nucleic acid in the so-called one-step method (one-step method), the sorbent is first mixed with a buffer 220 wetted. The buffer 220 is in 5 represented by an oblique hatching. Under centrifugation at a high rotational speed after wetting excess liquid is removed from the sorbent and transferred to the compression chamber. As a result, a gas bubble is trapped and compressed in the compression chamber. The equilibrium state resulting from the corresponding pressure p is in 5B shown. From this condition, by slowly reducing the speed of centrifugation, the liquid wets the volume siphon, ie the second outlet channel 208 and is transferred to the waste reservoir by centrifugal juices 210 transferred. The resulting state is in 5C shown.

Im nächsten Schritt wird der Sorbent (die Säule) durch die eigentliche Probenflüssigkeit 222 benetzt, die in 5C durch eine Kreuzschraffur dargestellt ist. Die dadurch aufgereinigte Probe wird wiederum durch Zentrifugation bei einer hohen Drehfrequenz in die Kompressionskammer überführt. Durch rasche Verringerung der Drehfrequenz kommt es zu einer raschen Ausdehnung des in der Kompressionskammer eingeschlossenen Luftvolumes, so dass die Flüssigkeit nun hauptsächlich durch den ersten Auslasskanal 206 (dynamischen Auslass), der einen geringeren hydraulischen Widerstand als der zweite Auslasskanal aufweist, gepumpt wird, wie in 5D gezeigt ist. Dadurch gelangt die aufgereinigte Probenflüssigkeit in die Auslasskammer, die eine Analysekammer darstellt. Wie in 5 gezeigt ist, kann sich die Analysekammer 212 radial weiter innen befinden als die Kompressionskammer 204, so dass zusätzlich zu dem Schalten ein radiales Einwärtspumpen implementiert wird.In the next step, the sorbent (the column) is passed through the actual sample liquid 222 wetted in 5C represented by a cross-hatching. The thus purified sample is again transferred by centrifugation at a high rotational frequency in the compression chamber. By rapidly reducing the rotational frequency, there is a rapid expansion of the air volume trapped in the compression chamber, so that the liquid now mainly through the first outlet channel 206 (dynamic outlet), which has a lower hydraulic resistance than the second outlet channel, is pumped, as in 5D is shown. As a result, the purified sample liquid enters the discharge chamber, which constitutes an analysis chamber. As in 5 is shown, the analysis chamber 212 radially inward than the compression chamber 204 so that radial inward pumping is implemented in addition to switching.

Bei Ausführungsbeispielen kann der Einlasskanal einen höheren oder niedrigeren Strömungswiderstand aufweisen als die Auslasskanäle.In embodiments, the inlet channel may have a higher or lower flow resistance than the outlet channels.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eignen sich zu einer Bakterien-DNA-Extraktion aus Vollblut, siehe beispielsweise das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel, oder zur Nukleinsäureaufreinigung mit einer Ein-Schritt-Reinigung, siehe das in 5 gezeigte Ausführungsbeispiel.Exemplary embodiments of the present invention are suitable for bacterial DNA extraction from whole blood, see, for example, that in US Pat 1 shown embodiment, or for nucleic acid purification with a one-step purification, see the in 5 shown embodiment.

Ausführungsbeispiele der Erfindung schaffen einen zentrifugo-dynamischen Schalter, der das Spektrum zentrifugaler Schalter erweitert, indem beispielsweise variable Drehzahlverminderungssraten gezielt genutzt werden können. Somit eignen sich Ausführungsbeispiele der Erfindung insbesondere für komplexe fluidische Vorgänge. Für die Sepsisdiagnostik, welche die Detektion bakterieller Infektionen im Blut (Blutvergiftung) ermöglicht, sind komplexe Prozessabläufe mit einer Vielzahl von Einzelschritten nötig. So erfordert die hochsensitive Pathogendiagnostik Einzelschritte zum Mischen von Flüssigkeiten, zum Sedimentieren der Bakterien, zum Abführen des Überstandes in eine Ablaufkammer bzw. auf eine Silikasäule und zum Resuspendieren des Sediments. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eignen sich für eine Automatisierung derartiger Prozessabläufe auf einer zentrifugalen mikrofluidischen Plattform, für die fluidische Schalter nötig werden, die Flüssigkeit, von einem Einlasskanal kommend, wahlweise in zwei oder mehr verschiedene Auslasskanäle ableiten kann.Embodiments of the invention provide a centrifugal-dynamic switch that extends the spectrum of centrifugal switches by, for example, selectively utilizing variable speed reduction rates. Thus, embodiments of the invention are particularly suitable for complex fluidic processes. For sepsis diagnostics, which enables the detection of bacterial infections in the blood (blood poisoning), complex process sequences with a multitude of individual steps are necessary. Thus, the highly sensitive pathogen diagnostics requires individual steps for mixing liquids, sedimenting bacteria, removing the supernatant into a drainage chamber or on a silica column and resuspending the sediment. Embodiments of the present invention are suitable for automating such processes on a centrifugal microfluidic platform, which may require fluidic switches that can selectively divert liquid from an inlet channel into two or more different outlet channels.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind zwei Auslasskanäle vorgesehen. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann eine größere Anzahl von Auslasskanälen vorgesehen sein, die jeweils Siphon-Strukturen aufweisen können, deren Scheitel an unterschiedlichen radialen Positionen angeordnet sein kann. Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde Flüssigkeit entweder durch den einen Auslasskanal oder den anderen Auslasskanal geschaltet. Bei alternativen Ausführungsbeispielen können bei einer mittelschnellen Verringerung der Drehzahl beide (oder noch weitere) Siphons gefüllt werden. Auf diese Weise kann Flüssigkeit auf mehrere verschiedene Pfade verteilt werden, so dass eine Aliquotierung erreicht werden kann.In the described embodiments, two outlet channels are provided. In alternative embodiments, a larger number of outlet channels may be provided, each of which may have siphon structures whose apex may be located at different radial positions. In the embodiments described, liquid was switched either through the one outlet channel or the other outlet channel. In alternative embodiments, with medium speed reduction, both (or even more) siphons may be filled. In this way, liquid can be distributed in several different paths, so that an aliquot can be achieved.

Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung können Kanalquerschnitte der Auslasskanäle, z. B. der Siphons im Bereich von wenigen 10 μm bis einigen 100 μm liegen. Dabei können sich die Kanalquerschnitte (beispielsweise Kanaldurchmesser) des Hochwiderstands-Bereichs (zweiter Auslasskanal) und des Niedrigwiderstands-Bereichs (erster Auslasskanal) je nach Auslegung der Struktur und je nach Flüssigkeitseigenschaften um nur wenige 10% oder auch um mehrere 100% unterscheiden. Die genaue Dimensionierung der Kanalwiderstände hängt von den Flüssigkeitseigenschaften und weiteren geometrischen Parametern, beispielsweise der Länge der jeweiligen Kanäle usw. ab, wobei eine entsprechende Dimensionierung zum Erreichen der angestrebten Wirkung für Fachleute ohne Weiteres implementiert werden kann.In embodiments of the invention, channel cross sections of the outlet channels, for. B. the siphons in the range of a few 10 microns to a few 100 microns. In this case, the channel cross sections (for example channel diameter) of the high resistance region (second outlet channel) and the low resistance region (first outlet channel) may differ by only a few 10% or even by several 100%, depending on the design of the structure and on the liquid properties. The exact dimensioning of the channel resistances depends on the liquid properties and other geometrical parameters, for example the length of the respective channels, etc., wherein appropriate dimensioning for achieving the desired effect can be readily implemented by those skilled in the art.

Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung findet nur ein Schaltvorgang durch jeweils einen der Auslasskanäle statt. Die Schaltvorgänge können jedoch bei allen Implementierungen beliebig oft wiederholt werden, wobei die Reihenfolge der Schaltvorgänge beliebig gewählt werden kann. Des Weiteren kann bei allen Implementierungen einer oder mehrere Auslasskanäle in eine zum Eingangskanal führende Fluidstruktur rückgeführt werden, womit eine Rezirkulation der prozessierenden Fluide ermöglicht wird.In embodiments of the invention, only one switching operation takes place in each case by one of the outlet channels. However, the switching operations can be repeated as often as desired in all implementations, wherein the order of the switching operations can be selected arbitrarily. Furthermore, in all implementations, one or more outlet channels may be recirculated to a fluid pathway leading to the input channel, thereby allowing recirculation of the processing fluids.

Bei Ausführungsbeispielen ist der erste Strömungswiderstand geringer als der zweite Strömungswiderstand, so dass der Flüssigkeitsfluss durch den zweiten Auslasskanal stark begrenzt wird. In alternativen Ausführungsbeispielen kam der erste Strömungswiderstand auch höher sein, als der zweite Strömungswiderstand, wenn ein Volumenpuffer im Volumensiphon groß genug ist, um das entsprechende Flüssigkeitsvolumen aufzunehmen.In embodiments, the first flow resistance is less than the second flow resistance, so that the fluid flow through the second outlet channel is greatly limited. In alternative embodiments, the first flow resistance also came to be higher than the second flow resistance when a volume buffer in the bulk siphon is large enough to receive the corresponding volume of liquid.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen somit Fluidikstrukturen, die mindestens eine Kammer zum Einschluss und zur Kompression eines kompressiblen Mediums und mindestens einen Einlasskanal und mindestens zwei Auslasskanäle aufweisen, wobei mindestens einer der Auslasskanäle hydrodynamisch befüllt wird, d. h. aufgrund verschiedener hydraulischer Widerstände gegenüber den Einlasskanälen oder anderen Auslasskanälen. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung ist mindestens einer der Auslasskanäle Volumen-gesteuert, d. h. der oder die Auslasskanäle werden durch hydrostatischen Druck befüllt. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die Ausdehnung des kompressiblen Mediums durch Verringerung der Drehfrequenz des Rotors aktuiert werden. Bei alternativen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die Ausdehnung des kompressiblen Mediums durch thermische Ausdehnung aktuiert werden. Bei wiederum alternativen Ausführungsbeispielen kann die Ausdehnung des kompressiblen Mediums durch chemische Reaktionen aktuiert werden.Embodiments of the present invention thus provide fluidic structures having at least one chamber for confining and compressing a compressible medium and at least one inlet channel and at least two outlet channels, wherein at least one of the outlet channels is filled hydrodynamically, i. H. due to various hydraulic resistances to the inlet channels or other outlet channels. In embodiments of the invention, at least one of the exhaust ports is volume controlled, i. H. the outlet channel (s) are filled by hydrostatic pressure. In embodiments of the invention, the expansion of the compressible medium can be actuated by reducing the rotational frequency of the rotor. In alternative embodiments of the invention, the expansion of the compressible medium may be actuated by thermal expansion. In yet alternative embodiments, the expansion of the compressible medium can be actuated by chemical reactions.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermöglichen somit die Implementierung zentrifugo-pneumatischer Schalter, die Flüssigkeiten von einem Einlasskanal in einen von zwei Auslasskanälen oder in beide Auslasskanäle leiten können sowie zurück in den Eingangskanal. Das Schalten der Flüssigkeit kann in beliebiger Reihenfolge stattfinden. Ferner kann der Schalter beliebig oft verwendet werden. Der Schalter ist weitgehend unabhängig von Benutzungs- und Materialeigenschaften, insbesondere unabhängig von Oberflächenspannung und Kontaktwinkel. Bei Ausführungsbeispielen kann die Aktuierung ausschließlich durch Zentrifugation erfolgen.Embodiments of the present invention thus allow for the implementation of centrifugal pneumatic switches that can direct liquids from an inlet channel into one of two outlet channels or into both outlet channels and back into the inlet channel. The switching of the liquid can take place in any order. Furthermore, the switch can be used as often as desired. The switch is largely independent of the user and material properties, in particular independent of surface tension and contact angle. In embodiments, the actuation can be done exclusively by centrifugation.

Ausführungsbeispiele der Erfindung schaffen somit eine Fluidikvorrichtung mit Fluidikstrukturen, die über mindestens eine Kammer zum Einschluss und zur Kompression einer kompressiblen Mediums und mindestens einen Einlasskanal und mindestens zwei Auslasskanälen verfügen. Dabei wird mindestens einer der Auslasskanäle hydrodynamisch befüllt, d. h. aufgrund verschiedener geometrischer Auslegungen gegenüber dem oder den Einlasskanälen oder anderer Auslasskanälen.Embodiments of the invention thus provide a fluidic device having fluidic structures which have at least one chamber for confining and compressing a compressible medium and at least one inlet channel and at least two outlet channels. In this case, at least one of the outlet channels is filled hydrodynamically, d. H. due to various geometric layouts with respect to the inlet duct or ducts.

Ausführungsbeispiele der Erfindung schaffen gegenüber dem Stand der Technik zahlreiche Vorteile. So ist kein Wechsel der Drehrichtung für den Schaltvorgang notwendig. Ferner sind keine exakt definierten Eingangs-Flüssigkeitsvolumina für den Schaltvorgang notwendig und die Geometrie ist in größeren Grenzen variierbar. Bei Ausführungsbeispielen sind weder lokale noch großflächige Beschichtungen notwendig. Ferner sind keine externen aktiven Komponenten notwendig. Das Schalten erfolgt durch die hohen Drehfrequenzen weitgehend unabhängig von Benetzungseigenschaften der Flüssigkeiten und Oberflächen. Das mehrmalige Schalten von Flüssigkeiten in verschiedene Kammern ist möglich, beispielsweise ein Schalten einer ersten Flüssigkeit über den ersten Auslasskanal in eine erste Kammer, einer zweiten Flüssigkeit über den zweiten Auslasskanal in eine zweite Kammer, und einer dritten Flüssigkeit über den ersten Auslasskanal wieder in die erste Kammer.Embodiments of the invention provide numerous advantages over the prior art. So no change of the direction of rotation for the switching operation is necessary. Furthermore, no exactly defined input liquid volumes are necessary for the switching operation and the geometry can be varied within larger limits. In embodiments, neither local nor large-scale coatings are necessary. Furthermore, no external active components are necessary. The switching is done by the high rotational frequencies largely independent of wetting properties of the liquids and surfaces. The repeated switching of liquids in different chambers is possible, for example switching a first liquid via the first outlet channel in a first chamber, a second liquid via the second outlet channel in a second chamber, and a third liquid via the first outlet channel back into the first Chamber.

Claims (16)

Fluidikvorrichtung, die um ein Rotationszentrum (114, 216) drehbar ist, zum Leiten einer Flüssigkeit durch einen ersten oder einen zweiten Auslasskanal, mit folgenden Merkmalen: einer Kompressionskammer (104; 204); einem Einlasskanal (108; 202), der mit der Kompressionskammer (104; 204) fluidisch gekoppelt ist; dem ersten Auslasskanal (110; 206), der mit der Kompressionskammer (104; 204) fluidisch gekoppelt ist und einen ersten Strömungswiderstand aufweist; und dem zweiten Auslasskanal (112; 208), der mit der Kompressionskammer (104; 204) fluidisch gekoppelt ist und einen zweiten Strömungswiderstand aufweist, wobei der erste Auslasskanal (110; 206) und der zweite Auslasskanal (112; 208) bezüglich des Rotationszentrums (114, 216) radial ansteigende Abschnitte aufweisen, wobei die Kompressionskammer (104; 204) und der erste und zweite Auslasskanal (110, 112; 206, 208) derart ausgelegt sind, dass bei einer teilweisen Befüllung der Kompressionskammer (104; 204) mit einer Flüssigkeit über den Einlasskanal (108; 202) und einer Drehung der Fluidikvorrichtung mit einer erhöhten Drehfrequenz ein mittels der Flüssigkeit in der Kompressionskammer (104; 204) eingeschlossenes Gas durch einen Zentrifugaldruck komprimiert wird, der durch die Flüssigkeit in dem Einlasskanal (108; 202) und dem ersten und zweiten Auslasskanal erzeugt wird, wobei der erste Auslasskanal (110; 206) zumindest einen Abschnitt aufweist, der sich radial weiter nach innen erstreckt als ein radial innerster Abschnitt des zweiten Auslasskanals (112; 208), und wobei der erste und der zweite Auslasskanal (110, 112; 206, 208) derart ausgelegt sind, dass bei einer Ausdehnung des komprimierten Gases mit einer ersten Ausdehnungsrate die Flüssigkeit über den ersten Auslasskanal (110; 206) leitbar ist und dass bei einer Ausdehnung des komprimierten Gases mit einer zweiten Ausdehnungsrate, die kleiner als die erste Ausdehnungsrate ist, die Flüssigkeit über den zweiten Auslasskanal (112; 208) leitbar ist.Fluidic device which is located around a center of rotation ( 114 . 216 ) for directing a liquid through a first or a second outlet channel, comprising: a compression chamber ( 104 ; 204 ); an inlet channel ( 108 ; 202 ) connected to the compression chamber ( 104 ; 204 ) is fluidically coupled; the first outlet channel ( 110 ; 206 ) connected to the compression chamber ( 104 ; 204 ) is fluidically coupled and has a first flow resistance; and the second outlet channel ( 112 ; 208 ) connected to the compression chamber ( 104 ; 204 ) is fluidically coupled and has a second flow resistance, wherein the first outlet channel ( 110 ; 206 ) and the second outlet channel ( 112 ; 208 ) with respect to the center of rotation ( 114 . 216 ) radially increasing portions, wherein the compression chamber ( 104 ; 204 ) and the first and second exhaust ducts ( 110 . 112 ; 206 . 208 ) are designed such that in a partial filling of the compression chamber ( 104 ; 204 ) with a liquid via the inlet channel ( 108 ; 202 ) and a rotation of the fluidic device with an increased rotational frequency by means of the liquid in the compression chamber ( 104 ; 204 ) is compressed by a centrifugal pressure which is due to the liquid in the inlet channel ( 108 ; 202 ) and the first and second outlet channels, the first outlet channel ( 110 ; 206 ) has at least one portion that extends radially further inwards than a radially innermost portion of the second outlet channel (US Pat. 112 ; 208 ), and wherein the first and second exhaust ducts ( 110 . 112 ; 206 . 208 ) are designed in such a way that, when the compressed gas expands at a first expansion rate, the liquid is discharged via the first outlet channel (FIG. 110 ; 206 ) is conductive and that with an expansion of the compressed gas at a second expansion rate, which is smaller than the first expansion rate, the liquid via the second outlet channel ( 112 ; 208 ) is conductive. Fluidikvorrichtung nach Anspruch 1, bei dem der zweite Strömungswiderstand größer ist als der erste Strömungswiderstand, so dass bei einer Ausdehnung des komprimierten Gases mit einer ersten Ausdehnungsrate die Flüssigkeit über den ersten Auslasskanal (110; 206) leitbar ist und dass bei einer Ausdehnung des komprimierten Gases mit einer zweiten Ausdehnungsrate, die kleiner als die erste Ausdehnungsrate ist, die Flüssigkeit über den zweiten Auslasskanal (112; 208) leitbar ist. Fluidic device according to claim 1, wherein the second flow resistance is greater than the first flow resistance, so that upon expansion of the compressed gas at a first expansion rate, the fluid is discharged via the first outlet channel (11). 110 ; 206 ) is conductive and that with an expansion of the compressed gas at a second expansion rate, which is smaller than the first expansion rate, the liquid via the second outlet channel ( 112 ; 208 ) is conductive. Fluidikvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der zweite Auslasskanal (112; 208) einen Volumenpuffer (140; 142) aufweist, der ausgelegt ist, um Flüssigkeit aufzunehmen und zu verhindern, dass Flüssigkeit einen radial innersten Abschnitt des zweiten Auslasskanals (112; 208) erreicht, wenn die Flüssigkeit bei einer Ausdehnung des komprimierten Gases mit der ersten Ausdehnungsrate durch den ersten Auslasskanal (110; 206) geleitet wird.Fluidic device according to claim 1 or 2, in which the second outlet channel ( 112 ; 208 ) a volume buffer ( 140 ; 142 ) configured to receive liquid and prevent liquid from entering a radially innermost portion of the second outlet channel (12). 112 ; 208 ) is reached when the liquid is expanded during expansion of the compressed gas at the first expansion rate through the first outlet channel (16). 110 ; 206 ). Fluidikvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der zweite Auslasskanal (112; 208) einen Siphon aufweist, wobei ein radial innerer Scheitelpunkt des Siphons radial weiter außen angeordnet ist als ein radial innerer Abschnitt des ersten Auslasskanals (110; 206).Fluidic device according to one of claims 1 to 3, wherein the second outlet channel ( 112 ; 208 ) has a siphon, wherein a radially inner vertex of the siphon is arranged radially further outward than a radially inner portion of the first outlet channel ( 110 ; 206 ). Fluidikvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Einlasskanal (108; 202) und der erste und zweite Auslasskanal (110, 112; 206, 208) mit einem Fluidkanal (106) fluidisch gekoppelt sind, der in eine Kompressionskammer (104; 204) mündet.Fluidic device according to one of claims 1 to 4, wherein the inlet channel ( 108 ; 202 ) and the first and second exhaust ducts ( 110 . 112 ; 206 . 208 ) with a fluid channel ( 106 ) are fluidically coupled into a compression chamber ( 104 ; 204 ) opens. Fluidikvorrichtung nach Anspruch 5, bei der der Einlasskanal (108; 202) und der erste und zweite Auslasskanal (110, 112; 206, 208) in eine radial innere Seite des Fluidkanals (106) münden, wobei eine radial äußere Seite des Fluidkanals (106) eine Ausbuchtung aufweist.Fluidic device according to claim 5, wherein the inlet channel ( 108 ; 202 ) and the first and second exhaust ducts ( 110 . 112 ; 206 . 208 ) in a radially inner side of the fluid channel ( 106 ), wherein a radially outer side of the fluid channel ( 106 ) has a bulge. Fluidikvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der ein erstes Ende des ersten Auslasskanals (206) an einer Position in eine Auslasskammer (212) mündet, die radial weiter innen liegt als ein Auslass der Kompressionskammer (104; 204), der mit einem zweiten Ende des ersten Auslasskanals (206) fluidisch gekoppelt ist.Fluidic device according to one of claims 1 to 6, wherein a first end of the first outlet channel ( 206 ) at a position in an outlet chamber ( 212 ), which lies radially inward than an outlet of the compression chamber ( 104 ; 204 ) connected to a second end of the first outlet channel ( 206 ) is fluidically coupled. Fluidikvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der ein erstes Ende des ersten Auslasskanals (206) mit einer Analysekammer (212) fluidisch gekoppelt ist, bei der ein erstes Ende des zweiten Auslasskanals (208) mit einer Abfallkammer (210) fluidisch gekoppelt ist, und bei der zweite Enden des ersten und des zweiten Auslasskanals (206, 208) mit der Kompressionskammer (104; 204) fluidisch gekoppelt sind.Fluidic device according to one of claims 1 to 6, wherein a first end of the first outlet channel ( 206 ) with an analysis chamber ( 212 ) is fluidically coupled, wherein a first end of the second outlet channel ( 208 ) with a waste chamber ( 210 ) is fluidically coupled, and at the second ends of the first and the second outlet channel ( 206 . 208 ) with the compression chamber ( 104 ; 204 ) are fluidically coupled. Fluidikvorrichtung nach Anspruch 8, bei der eine Position, an der das erste Ende des ersten Auslasskanals (206) in die Analysekammer (212) mündet, radial weiter innen liegt als ein Auslass der Kompressionskammer (104; 204), der mit dem zweiten Ende des ersten Auslasskanals (206) fluidisch gekoppelt ist.Fluidic device according to claim 8, wherein a position at which the first end of the first outlet channel ( 206 ) into the analysis chamber ( 212 ) radially further inward than an outlet of the compression chamber ( 104 ; 204 ) connected to the second end of the first outlet channel ( 206 ) is fluidically coupled. Fluidikvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Kompressionskammer (104; 204), der Einlasskanal (108; 202) und der erste und zweite Auslasskanal (110, 112; 206, 208) in einem Rotationskörper (100; 214) oder in einem in einen Rotationskörper einsetzbaren Modul gebildet sind.Fluidic device according to one of claims 1 to 9, in which the compression chamber ( 104 ; 204 ), the inlet channel ( 108 ; 202 ) and the first and second exhaust ducts ( 110 . 112 ; 206 . 208 ) in a rotating body ( 100 ; 214 ) or are formed in a usable in a rotary body module. Fluidikvorrichtung nach Anspruch 10, die eine Einrichtung (22, 24) zum Bewirken, dass sich das komprimierte Gas mit der ersten Ausdehnungsrate oder der zweiten Ausdehnungsrate ausdehnt, aufweist.Fluidic device according to claim 10, comprising means ( 22 . 24 ) for causing the compressed gas to expand at the first expansion rate or the second expansion rate. Fluidikvorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Einrichtung (22, 24) zum Bewirken eine Antriebseinrichtung, die ausgelegt ist, um den Rotationskörper (110; 214) mit unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten zu beaufschlagen, eine Heizeinrichtung, die ausgelegt ist, um das Gas in der Kompressionskammer (104; 204) mit unterschiedlichen Temperaturgradienten zu beaufschlagen, eine Einrichtung zum Erzeugen einer chemischen Reaktion in der Kompressionskammer (104; 204) oder eine Kombination solcher Einrichtungen aufweist.Fluidic device according to claim 11, in which the device ( 22 . 24 ) for effecting a drive device which is designed to rotate around the body of revolution ( 110 ; 214 ) to apply at different rotational speeds, a heater which is adapted to the gas in the compression chamber ( 104 ; 204 ) with different temperature gradients, means for generating a chemical reaction in the compression chamber ( 104 ; 204 ) or a combination of such devices. Fluidikvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, die eine Antriebseinrichtung (22, 24) aufweist, die ausgelegt ist, um den Rotationskörper (100; 214) mit unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten zu beaufschlagen.Fluidic device according to claim 10 or 11, comprising a drive device ( 22 . 24 ) which is designed to hold the rotating body ( 100 ; 214 ) to act with different rotational speeds. Fluidikvorrichtung nach Anspruch 13, bei der die Antriebseinrichtung (22, 24) konfiguriert ist, um den Rotationskörper (110; 214) mit einer Rotation mit der erhöhten Drehfrequenz zu beaufschlagen, und um ausgehend von der Rotation mit der erhöhten Drehfrequenz die Drehfrequenz entweder mit einer ersten Drehfrequenzverminderungsrate zu vermindern, um zu bewirken, dass sich das komprimierte Gas mit der ersten Ausdehnungsrate ausdehnt und die Flüssigkeit durch den ersten Auslasskanal (110; 206) geleitet wird, oder mit einer zweiten Drehfrequenzverminderungsrate zu vermindern, die geringer ist als die erste Drehfrequenzverminderungsrate, um zu bewirken, dass sich das komprimierte Gas mit der zweiten Ausdehnungsrate ausdehnt und die Flüssigkeit durch den zweiten Auslasskanal (112; 208) geleitet wird.Fluidic device according to Claim 13, in which the drive device ( 22 . 24 ) is configured to rotate the body ( 110 ; 214 ) to apply a rotation at the increased rotational frequency, and to reduce the rotational frequency either at a first rotational frequency reduction rate, starting from the rotation at the increased rotational frequency, to cause the compressed gas to expand at the first rate of expansion and to move the fluid through the first rotational rate first outlet channel ( 110 ; 206 ), or at a second rate of reduction of the frequency of rotation lower than the first rate of reduction of the frequency of rotation to cause the compressed gas to expand at the second rate of expansion and the fluid to pass through the second outlet channel (12). 112 ; 208 ). Verfahren zum Leiten einer Flüssigkeit durch den ersten Auslasskanal (110; 206) oder den zweiten Auslasskanal (112; 208) einer Fluidikvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, mit folgenden Schritten: Beaufschlagen der Kompressionskammer (104; 204), des Einlasskanals (108; 202) und des ersten und zweiten Auslasskanals mit der erhöhten Drehfrequenz, und ausgehend von der Rotation mit der erhöhten Drehfrequenz, Bewirken, dass sich das komprimierte Gas mit der ersten Ausdehnungsrate ausdehnt, um die Flüssigkeit durch den ersten Auslasskanal (110; 206) zu leiten, oder Bewirken, dass sich das komprimierte Gas mit der zweiten Ausdehnungsrate ausdehnt, um die Flüssigkeit durch den zweiten Auslasskanal (112; 208) zu leiten.Method for passing a liquid through the first outlet channel ( 110 ; 206 ) or the second outlet channel ( 112 ; 208 ) of a fluidic device according to one of claims 1 to 14, comprising the following steps: applying to the compression chamber ( 104 ; 204 ), the inlet channel ( 108 ; 202 ) and the first and second exhaust ports at the increased rotational frequency, and starting from the rotation at the increased rotational frequency, causing the compressed gas to expand at the first rate of expansion to move the fluid through the first exhaust port (12). 110 ; 206 ) or causing the compressed gas to expand at the second rate of expansion to pass the liquid through the second outlet channel (12). 112 ; 208 ). Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Bewirken, dass sich das komprimierte Gas mit der ersten Ausdehnungsrate ausdehnt, ein Vermindern der Drehfrequenz mit einer ersten Drehfrequenzverminderungsrate aufweist, und bei dem das Bewirken, dass sich das komprimierte Gas mit der zweiten Ausdehnungsrate ausdehnt, ein Vermindern der Drehfrequenz mit einer zweiten Drehfrequenzverminderungsrate aufweist.The method of claim 15, wherein causing the compressed gas to expand at the first expansion rate comprises decreasing the rotational frequency at a first rate of rotational rate reduction, and causing the compressed gas to expand at the second rate of expansion the rotational frequency having a second rotational frequency reduction rate.
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