DE102013216891A1 - Three-dimensional, microfluidic, centrifugal force driven device, centrifuge with such device and uses thereof - Google Patents

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Abstract

Eine mikrofluidische Vorrichtung (10), die zur Aufnahme in bzw. an einem Rotor (12) einer Zentrifuge vorgesehen ist, umfasst mindestens einen ersten Körper (20, 22), der mindestens eine erste mikrofluidische Kammer (20a, 22a) aufweist und in einem an dem Rotor (12) der Zentrifuge befestigbaren Gehäuse (16) einsetzbar ist. Dabei ist in dem Gehäuse (16) eine Stapelrichtung (18) definiert, in der ein zweiter Körper (22, 24) in dem Gehäuse (16) über oder unter dem ersten Körper stapelbar ist. Ferner ist bei Aufnahme der Vorrichtung (10) in bzw. an dem Rotor (12) der Zentrifuge, und bei einer Rotation des Rotors (12), der erste Körper in einem Abstand zu einer Rotationsachse (14) des Rotors (12) angeordnet. Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung mindestens eine erste Filtrationseinrichtung (32), die in der Kammer (20a, 22a) des ersten Körpers (20, 22) angeordnet ist und ein Filterelement (38) aufweist, das in dieser Kammer (20a, 22b) bei Aufnahme der Vorrichtung (10) in bzw. an dem Rotor (12) der Zentrifuge, und bei einer Rotation des Rotors (12), insbesondere von einem in der Kammer strömenden Fluid anströmbar ist.A microfluidic device (10), which is intended to be received in or on a rotor (12) of a centrifuge, comprises at least one first body (20, 22) having at least one first microfluidic chamber (20a, 22a) and in one can be used on the rotor (12) of the centrifuge attachable housing (16). In this case, a stacking direction (18) is defined in the housing (16), in which a second body (22, 24) in the housing (16) can be stacked above or below the first body. Further, upon receiving the device (10) in or on the rotor (12) of the centrifuge, and upon rotation of the rotor (12), the first body is spaced from a rotational axis (14) of the rotor (12). According to the invention, the device comprises at least one first filtration device (32) which is arranged in the chamber (20a, 22a) of the first body (20, 22) and has a filter element (38) which in this chamber (20a, 22b) when receiving the device (10) in or on the rotor (12) of the centrifuge, and during a rotation of the rotor (12), in particular by a fluid flowing in the chamber is flowed.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine dreidimensionale-mikrofluidische und durch Zentrifugalkraft antreibbare Vorrichtung, eine Zentrifuge mit einer derartigen Vorrichtung sowie Verwendungen einer derartigen Vorrichtung.The invention relates to a three-dimensional microfluidic and centrifugally driven device, a centrifuge with such a device and uses of such a device.

Stand der TechnikState of the art

Es sind eine Vielzahl von Systemen zur Automatisierung von z.B. biochemischen Prozessen bekannt, die sich prinzipiell zwei Kategorien zugerechnet werden können, nämlich Pipettier-Roboter, die Flüssigkeiten, wie etwa Proben und/oder Reagenzien, mittels einer oder einer Vielzahl von Pipetten präzise abmessen und in verschiedene funktionale Reaktionsbehälter überführen können, und andererseits kartuschenbasierte Systeme, in denen typischerweise Flüssigkeiten in ein in einer Kartusche angeordnetes Spezialgerät eingebracht und anschließend innerhalb der Kartusche prozessiert werden. Derartige Kartuschen können auch in einen Rotor einer Zentrifuge eingesetzt und der Rotor mittels der Zentrifuge in Rotation versetzt werden, wobei die durch die Rotation bewirkte Zentrifugalkraft auf die in der Kartusche enthaltenen Flüssigkeiten und die darin gelösten oder mitgeführten Substanzen einwirkt und Reaktionen bzw. Prozessabläufe beeinflussen kann.There are a variety of systems for automating e.g. biochemical processes, which can be attributed in principle to two categories, namely pipetting robots that can accurately measure liquids such as samples and / or reagents by means of one or a plurality of pipettes and transfer into different functional reaction vessels, and on the other hand, cartridge-based systems in which liquids are typically introduced into a special device arranged in a cartridge and subsequently processed inside the cartridge. Such cartridges can also be used in a rotor of a centrifuge and the rotor can be rotated by means of the centrifuge, wherein the centrifugal force caused by the rotation acts on the liquids contained in the cartridge and the substances dissolved or entrained therein and can influence reactions or process sequences ,

Die DE 10 2010 003 223 A1 beschreibt recht umfassend den Stand der Technik von auf Zentrifugalkraft basierten, dreidimensionalen, mikrofluidischen Systemen. Die DE 10 2010 003 223 A1 offenbart insbesondere Vorrichtungen zum Einsetzen in einen Rotor einer Zentrifuge, bei denen mindestens zwei übereinander gestapelte Körper (sogenannte Revolver) in einem zum Befestigen in bzw. an einem Rotor einer Zentrifuge vorgesehenen Gehäuse so eingesetzt sind, dass die Körper in einer Stapelrichtung bei einer bestimmungsgemäßen Aufnahme der Vorrichtung in dem Rotor der Zentrifuge, und bei einer Rotation des Rotors, ein Abstand eines ersten der beiden Körper zu der Rotationsachse des Rotors geringer ist als ein Abstand des anderen, d.h. des zweiten, der beiden Körper zu der Rotationsachse. Der erste Körper hat mindestens zwei Kavitäten und der zweite Körper mindestens eine Kavität. Die Körper sind auch während der Rotation in dem Gehäuse beweglich zueinander angeordnet, um z.B. ansprechend auf die Rotation des Rotors, zunächst die eine und anschließend die andere Kavität des ersten Körpers mit der Kavität des zweiten Körpers fluidisch zu koppeln. Der erste Körper bzw. Revolver ist beispielsweise um eine Revolverachse relativ zu dem zweiten Revolver (Körper) drehbar und beispielsweise mittels einer Ratschenmechanik in vorbestimmte Drehwinkelpositionen einstellbar, wobei sukzessive vorbestimmte Kavitäten des ersten Körpers mit bestimmten Kavitäten des zweiten Körpers fluidisch gekoppelt werden, und bei geeignet unterschiedliche Beladung der Kavitäten des ersten Körpers mit unterschiedlichen Reagenzien in den Kavitäten des Körpers bestimmbare Abfolgen von z.B. biochemischen Reaktionen auslösbar sind. Die DE 10 2010 003 223 A1 offenbart Verfahren und geeignete Mechaniken zum fluidischen Koppeln von in unterschiedlichen Revolvern angeordneten Kavitäten.The DE 10 2010 003 223 A1 quite broadly describes the prior art of centrifugal force-based, three-dimensional, microfluidic systems. DE 10 2010 003 223 A1 discloses, in particular, devices for insertion into a rotor of a centrifuge, in which at least two bodies stacked one above the other (so-called revolvers) are inserted in a housing provided for fastening in or on a rotor of a centrifuge, such that the bodies in a stacking direction upon proper incorporation of the device into the rotor of the centrifuge, and upon rotation of the rotor, a distance of a first of the two bodies from the axis of rotation of the rotor is less than a distance of the other, ie the second, of the two bodies the axis of rotation. The first body has at least two cavities and the second body at least one cavity. The bodies are also movably arranged in the housing during rotation in order, for example, to fluidically couple the one and then the other cavity of the first body to the cavity of the second body in response to the rotation of the rotor. The first body or revolver, for example, rotatable about a turret axis relative to the second turret (body) and adjustable, for example by means of a ratchet mechanism in predetermined rotational angle positions, wherein successively predetermined cavities of the first body with certain cavities of the second body are fluidly coupled, and suitable different loading of the cavities of the first body with different reagents in the cavities of the body determinable sequences of eg biochemical reactions can be triggered. The DE 10 2010 003 223 A1 discloses methods and suitable mechanisms for fluidically coupling cavities disposed in different turrets.

Filtration wird beispielsweise in verschiedenen großtechnischen und verfahrenstechnischen Prozessen, wie beispielsweise Abwasserbehandlung, Aufbereitung von Trinkwasser und Prozesswasser, oder in medizinischen Prozessen, wie beispielsweise in der Dialyse, oder in der Lebensmittelherstellung und -verarbeitung, wie etwa der Herstellung von Fruchtsaftkonzentraten, der Verdichtung von Most in der Weinherstellung oder der Herstellung von alkoholfreiem Bier verwendet. Filtration is, for example, in various large-scale and process engineering processes, such as wastewater treatment, treatment of drinking water and process water, or in medical processes, such as in dialysis, or in food production and processing, such as the production of fruit juice concentrates, the compaction of must used in winemaking or the production of non-alcoholic beer.

Zur Optimierung derartiger Filtrationsprozesse unter verfahrensbeschleunigenden Bedingungen, wie etwa einer verstärkt wirkenden Schwerkraft, ist es wünschenswert, derartige großtechnischen Prozesse in einem kleineren Rahmen, wie etwa unter Laborbedingungen, mit veränderlich und insbesondere verstärkt wirkender Schwerkraft, wie sie in auf Zentrifugalkraft basierten System erzeugt werden können, zu simulieren und Variationen in der Prozessführung zu untersuchen. Derzeit sind keine dreidimensionalen, z.B. gestapelten, durch Zentrifugalkraft antreibbaren mikrofluidischen Vorrichtungen bekannt, in denen irgendeine Methode einer Filtration ausgeführt werden kann.In order to optimize such filtration processes under process accelerating conditions, such as enhanced gravitational force, it is desirable to have such large scale processes on a smaller scale, such as under laboratory conditions, with variable and, in particular, enhanced gravity, as may be produced in centrifugal force based systems to simulate and to study variations in process control. At present, no three-dimensional, e.g. stacked, centrifugally drivable microfluidic devices in which any method of filtration can be carried out.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung schafft eine mikrofluidische Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, eine Zentrifuge mit den Merkmalen des Anspruchs 17, eine Verwendung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 19 und eine Verwendung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 20. Vorteilhafte Ausführungsformen der Sensorvorrichtung und der mikrofluidischen Vorrichtung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche. The invention provides a microfluidic device having the features of independent claim 1, a centrifuge having the features of claim 17, a use having the features of independent claim 19, and a use having the features of independent claim 20. Advantageous embodiments of the sensor device and the microfluidic device Device are subject matters of the dependent claims.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, die Durchführung von Filtrationsprozessen in einem kontrollierbaren Rahmen, wie etwa unter Laborbedingungen, mit variabel, insbesondere verstärkt wirkender Schwerkraft zu ermöglichen. The invention is characterized by making it possible to carry out filtration processes in a controllable framework, such as under laboratory conditions, with variable, in particular amplified, gravity.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine mikrofluidische Vorrichtung bereitgestellt, die zur Aufnahme in bzw. an einem Rotor einer Zentrifuge vorgesehen ist. Die mikrofluidische Vorrichtung umfasst mindestens einen ersten Körper bzw. Revolver, der mindestens eine mikrofluidische Kammer aufweist und in einem an dem Rotor der Zentrifuge befestigbaren Gehäuse einsetzbar ist. In dem Gehäuse ist eine Stapelrichtung definiert, in der ein zweiter Körper bzw. Revolver in dem Gehäuse über oder unter dem ersten Körper stapelbar ist. Bei bestimmungsgemäßer Aufnahme der Vorrichtung in bzw. an dem Rotor der Zentrifuge, und bei einer Rotation des Rotors, ist der erste Körper in einem Abstand zu einer Rotationsachse des Rotors angeordnet. According to a first aspect of the invention, a microfluidic device is provided which is intended to be received in or on a rotor of a centrifuge. The microfluidic device comprises at least one first body or turret, which has at least one microfluidic chamber and in one at the rotor Centrifuge attachable housing is used. In the housing, a stacking direction is defined in which a second body or turret is stackable in the housing above or below the first body. When properly receiving the device in or on the rotor of the centrifuge, and upon rotation of the rotor, the first body is arranged at a distance from a rotational axis of the rotor.

Erfindungsgemäß umfasst die mikrofluidische Vorrichtung mindestens eine erste Filtrationseinrichtung, die in der Kammer des ersten Körpers angeordnet ist und ein Filterelement umfasst, das in dieser Kammer bei bestimmungsgemäßer Aufnahme der Vorrichtung in bzw. an dem Rotor der Zentrifuge, und bei einer Rotation des Rotors, insbesondere von einem in dieser Kammer strömenden Fluid, anströmbar ist. Eine derartige Integration einer Filtrationseinrichtung ermöglicht es, in einem in der Kammer des ersten Körpers strömenden Fluid eine physikalische, insbesondere eine statische Filtration durchzuführen, die bei einer Rotation des Rotors, d.h. im Betrieb der Zentrifuge, von einer variabel wirkenden Zentrifugalkraft beeinflussbar bzw. beschleunigbar ist.According to the invention, the microfluidic device comprises at least one first filtration device, which is arranged in the chamber of the first body and comprises a filter element, which in this chamber when properly receiving the device in or on the rotor of the centrifuge, and during a rotation of the rotor, in particular from a flowing fluid in this chamber, can be flowed. Such integration of a filtration device makes it possible to perform a physical, in particular a static filtration in a fluid flowing in the chamber of the first body, which occurs during a rotation of the rotor, i. During operation of the centrifuge, can be influenced or accelerated by a centrifugal force acting variably.

Die in der mikrofluidischen Vorrichtung definierte Stapelrichtung wird im Betrieb der Zentrifuge, d.h. bei einer Rotation des Rotors der Zentrifuge, zu einer im Wesentlichen radialen Richtung und damit zu einer Wirkrichtung der durch die Rotation erzeugten Zentrifugalkraft. Dabei ist die Stapelrichtung so definiert, dass beim Bestücken des Gehäuses der mikrofluidischen Vorrichtung, was üblicherweise in einem im Wesentlichen vertikalen Zustand des Gehäuses erfolgt, die Seiten „oben“ bzw. „unten“ im Betrieb der Zentrifuge zu den Seiten „radial innen“ bzw. „radial außen“ werden und und die Richtungen „nach oben“ bzw. „nach unten“ im Betrieb in die Richtungen „radial einwärts“ und „radial auswärts“ übergehen.The stacking direction defined in the microfluidic device is increased during operation of the centrifuge, i. during a rotation of the rotor of the centrifuge, to a substantially radial direction and thus to a direction of action of the centrifugal force generated by the rotation. The stacking direction is defined such that when the housing of the microfluidic device, which usually takes place in a substantially vertical state of the housing, the sides "up" and "down" in the operation of the centrifuge to the sides "radially inward" or "Radially outward" and the directions "up" and "down" in operation in the directions "radially inward" and "radially outward" transition.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Zentrifuge mit einem Rotor bereitgestellt, wobei erfindungsgemäß in dem Rotor eine mikrofluidische Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung bestimmungsgemäß aufgenommen ist. Die in der mikrofluidischen Vorrichtung enthaltene Filtrationseinrichtung macht es möglich, in der Kammer des ersten Körpers eine statische Filtration durchzuführen, die im Betrieb der Zentrifuge von der wirkenden Zentrifugalkraft unterstützt bzw. beschleunigt wird.According to a second aspect of the invention, a centrifuge is provided with a rotor, wherein according to the invention a microfluidic device according to the first aspect of the invention is incorporated in the rotor as intended. The filtration device included in the microfluidic device makes it possible to carry out in the chamber of the first body a static filtration, which is supported or accelerated in the operation of the centrifuge by the acting centrifugal force.

Die hierin offenbarte mikrofluidische Vorrichtung mit integrierter Filtrationseinrichtung ermöglicht beim Betrieb bzw. Einsatz in einer Zentrifuge folgende Vorteile:
Substanzen, etwa flüssige, gasförmige, feste Substanzen oder Gemische davon, können in der Vorrichtung nicht nur aufgereinigt, sondern auch physikalisch filtriert werden. Die Kammer, in der die Filtration stattfindet, d.h. in der die Filtrationseinrichtung angeordnet ist, kann aus dem gleichen Material wie der Rest der mikrofluidischen Vorrichtung hergestellt und somit kostengünstig in die Vorrichtung integriert werden. Der an der Filtrationseinrichtung stattfindende Filtrationsprozess kann bei konstanter Zentrifugationsgeschwindigkeit durchgeführt werden und ist somit einfach in ein Zentrifugenbetriebsprotokoll integrierbar.
The microfluidic device with integrated filtration device disclosed herein, when operated or used in a centrifuge, provides the following advantages:
Substances, such as liquid, gaseous, solid substances or mixtures thereof, can not only be purified in the device, but also be physically filtered. The chamber in which the filtration takes place, ie in which the filtration device is arranged, can be made of the same material as the rest of the microfluidic device and thus cost-effectively integrated into the device. The filtration process taking place at the filtration device can be carried out at a constant centrifugation speed and thus can easily be integrated into a centrifuge operating protocol.

Die Filtrationsparameter, wie etwa Filtrationsgeschwindigkeit und -effizienz, können in Abhängigkeit von verschieden Parametern untersucht, variabel angepasst und optimiert werden. Zu den Parametern gehören z.B. Filtrationsvolumen, Temperatur, Kraft, Druck, Zentrifugationsgeschwindigkeit, Eigenschaften des zu filtrierenden Materials (wie etwa Partikelgröße, Löslichkeit, pH-wert, Porosität), Eigenschaften des Filterelements (wie etwa Porengröße, Material, Dicke, Fläche, Dichte, Symmetrie bzw. Asymmetrie, Größe, Volumen) sowie deren räumliche Anordnung. Filtration parameters, such as filtration rate and efficiency, can be investigated, variably adjusted and optimized depending on various parameters. The parameters include e.g. Filtration volume, temperature, force, pressure, centrifugation rate, properties of the material to be filtered (such as particle size, solubility, pH, porosity), filter element characteristics (such as pore size, material, thickness, area, density, symmetry or asymmetry, Size, volume) and their spatial arrangement.

Die Integration einer Filtrationseinrichtung in einer mikrofluidischen Vorrichtung ermöglicht die Verwendung der mikrofluidischen Vorrichtung zur Aufkonzentration einer Flüssigkeit, z.B. mit Partikeln, funktionalisierten Kugeln bzw. Beads oder Glaskügelchen, Bakterien, Hefen, Zellen, Zellbestandteilen, wie etwa Antikörper, Antigene, Proteine oder DNA; zur Aufkonzentration eines Feststoffs, z.B. mit Partikeln mit unterschiedlichen Partikelgrößen, oder zur Aufkonzentration eines Gases. Auch kann ein fortschreitender Filtrationsprozess, etwa das Anwachsen eines Filterkuchens stromauf eines Filterelements der Filtrationsvorrichtung zur Aktuation eines mikrofluidischen Ventils oder einer mikrofluidischen Pumpe in der mikrofluidischen Vorrichtung.The integration of a filtration device in a microfluidic device allows the use of the microfluidic device to concentrate a liquid, e.g. with particles, functionalized beads or glass beads, bacteria, yeasts, cells, cell components, such as antibodies, antigens, proteins or DNA; for concentration of a solid, e.g. with particles with different particle sizes, or for the concentration of a gas. Also, a progressive filtration process, such as the growth of a filter cake upstream of a filter element of the filtration device for the actuation of a microfluidic valve or a microfluidic pump in the microfluidic device.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung findet eine mikrofluidische Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung eine der folgenden Verwendungen: (i) Aufkonzentration einer Flüssigkeit, z.B. mit Partikeln, funktionalisierten Kugeln bzw. Beads oder Glaskügelchen, Bakterien, Hefen, Zellen, Zellbestandteilen, wie etwa Antikörper, Antigene, Proteine oder DNA, (ii) Aufkonzentration eines Feststoffs, z.B. mit Partikeln mit unterschiedlichen Partikelgrößen, oder (iii) Aufkonzentration eines Gases. Derartige Aufkonzentrationen sind in den bisher bekannten, unter Einwirkung einer Zentrifugalkraft betriebenen, mikrofluidischen Vorrichtungen sind möglich.According to a third aspect of the invention, a microfluidic device according to the first aspect of the invention finds one of the following uses: (i) concentration of a liquid, e.g. with particles, functionalized beads or glass beads, bacteria, yeasts, cells, cell components, such as antibodies, antigens, proteins or DNA, (ii) concentration of a solid, e.g. with particles of different particle sizes, or (iii) concentration of a gas. Such concentrations are possible in the hitherto known, operated under the action of a centrifugal force, microfluidic devices are possible.

Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung findet eine mikrofluidische Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung Verwendung zur Aktuation eines mikrofluidischen Ventils oder einer mikrofluidischen Pumpe der mikrofluidischen Vorrichtung, wobei das Ventil oder die Pumpe in dem gleichen Körper wie die Filtrationseinrichtung oder in einem in dem Gehäuse dazu benachbarten Körper angeordnet ist. Der benachbarte Körper kann in der Stapelrichtung über oder unter dem Körper, in dem die Filtrationseinrichtung integriert ist, angeordnet sein.According to a fourth aspect of the invention, a microfluidic device according to the first aspect of the invention is used for the actuation of a microfluidic valve or a microfluidic pump of the microfluidic device, wherein the valve or the pump in the same body as the filtration device or in a in the housing is arranged adjacent thereto body. The adjacent body may be arranged in the stacking direction above or below the body in which the filtration device is integrated.

Weitere Vorteile der ErfindungFurther advantages of the invention

Die Filtrationseinrichtung und insbesondere das Filterelement, kann in der Kammer eine Teilkammer in einer zumindest lokal herrschenden Fließrichtung stromabwärts begrenzen. Dazu kann die Filtrationseinrichtung am stromabwärtigen Auslass der Kammer angeordnet sein. Alternativ dazu kann das Filterelement die Kammer auch in eine erste Teilkammer und eine zweite Teilkammer unterteilen, wobei die erste Teilkammer stromauf und die zweite Teilkammer stromab des Filterelements angeordnet ist. In diesen Anordnungen wirkt die Filtrationseinrichtung auf den gesamten in der Kammer strömenden Fluss bzw. im gesamten Strömungsquerschnitt.The filtration device, and in particular the filter element, can limit a sub-chamber downstream in the chamber in an at least locally prevailing flow direction. For this purpose, the filtration device can be arranged at the downstream outlet of the chamber. Alternatively, the filter element may divide the chamber into a first sub-chamber and a second sub-chamber, wherein the first sub-chamber upstream and the second sub-chamber is arranged downstream of the filter element. In these arrangements, the filtration device acts on the entire flow flowing in the chamber or in the entire flow cross-section.

Die Filtrationseinrichtung kann ein Filterelement umfassen, dessen Eigenschaften, wie etwa Porengröße, Material, Dicke, Fläche, Dichte, Symmetrie bzw. Asymmetrie, Größe, Volumen, jeweils in weiten Bereichen variiert werden können, um unterschiedliche Klassen physikalischer Filtration, nämlich in Abhängigkeit von der Größe der zu filtrierenden Partikel beispielsweise Mikrofiltration, Ultrafiltration, Nanofiltration oder Umkehrosmose durchzuführen.The filtration device may comprise a filter element whose properties, such as pore size, material, thickness, area, density, symmetry, size, volume, can each be varied within wide ranges to different classes of physical filtration, namely Size of the particles to be filtered, for example microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration or reverse osmosis.

In der Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann mindestens ein zweiter Körper vorgesehen sein, der mindestens eine erste mikrofluidische Kammer aufweist, und der in dem Gehäuse in der Stapelrichtung über oder unter dem ersten Körper stapelbar und zusammen mit diesem in dem Gehäuse einsetzbar ist. Bei bestimmungsgemäßer Aufnahme der Vorrichtung in bzw. an dem Rotor der Zentrifuge, und bei einer Rotation des Rotors, kann ein Abstand des zweiten Körpers zu der Rotationsachse des Rotors entsprechend kleiner oder größer als der Abstand des ersten Körpers zu der Rotationsachse des Rotors sein. In der ersten Kammer des zweiten Körpers oder in einer zweiten Kammer des ersten Körpers kann mindestens eine zweite Filtrationseinrichtung angeordnet sein und ebenfalls ein Filterelement umfassen, das die betroffene Kammer in eine erste Teilkammer und eine zweite Teilkammer unterteilt. Eine derartige zweite Filtrationseinrichtung ermöglicht im Betrieb der Zentrifuge die Ausführung einer zweiten statischen Filtration neben der und unabhängig von der mittels der ersten Filtrationseinrichtung ausgeführten statischen Filtration.In the device according to the first aspect of the invention, at least one second body may be provided which has at least one first microfluidic chamber and which is stackable in the housing in the stacking direction above or below the first body and is insertable in the housing together therewith. When properly receiving the device in or on the rotor of the centrifuge, and upon rotation of the rotor, a distance of the second body to the axis of rotation of the rotor may be correspondingly smaller or larger than the distance of the first body to the axis of rotation of the rotor. At least one second filtration device may be arranged in the first chamber of the second body or in a second chamber of the first body and also comprise a filter element which divides the affected chamber into a first partial chamber and a second partial chamber. Such a second filtration device allows, during operation of the centrifuge, the execution of a second static filtration adjacent to and independent of the static filtration performed by the first filtration device.

In der ersten Kammer des ersten Körpers kann mindestens eine zweite Filtrationseinrichtung in Bezug auf eine in der Kammer vorherrschende Fließrichtung stromab der ersten Filtrationseinrichtung angeordnet sein. Dabei können die erste und die zweite Filtrationseinrichtung unterschiedliche Porengrößen aufweisen. Dabei ist mit Vorteil die Filtrationseinrichtung mit der kleineren Porengröße in der Fließrichtung stromab der Filtrationseinrichtung mit der größeren Porengröße angeordnet. In dieser Anordnung wirkt die Filtrationseinrichtung mit der größeren Porengröße als Vorfilter für die Filtrationseinrichtung mit der kleineren Porengröße und hält Partikel bzw. Substanzen mit größeren Größen bzw. Partikeldurchmessern zurück. Die Filtrationseinrichtung mit der kleineren Porengröße kann dann effektiv Partikel bzw. Substanzen mit kleineren Größen bzw. Partikeldurchmessern zurückhalten. Bei weiterer Ausnutzung dieses Vorteils kann mindestens eine dritte und können vorzugsweise noch weitere Filtrationseinrichtungen in der Fließrichtung hintereinander und stromab der zweiten Filtrationseinrichtung angeordnet sein, wobei jede in der Fließrichtung nachfolgende Filtrationseinrichtung eine kleinere Porengröße aufweist als die in der Fließrichtung stromauf angeordnete Filtrationseinrichtung.In the first chamber of the first body, at least one second filtration means may be disposed downstream of the first filtration means with respect to a flow direction prevailing in the chamber. In this case, the first and the second filtration device may have different pore sizes. In this case, the filtration device with the smaller pore size in the flow direction is advantageously arranged downstream of the filtration device with the larger pore size. In this arrangement, the larger pore size filtration device acts as a pre-filter for the smaller pore size filtration device and retains particles of larger sizes or particle diameters. The smaller pore size filtration device can then effectively retain particles of smaller sizes or particle diameters. Upon further exploitation of this advantage, at least a third, and preferably further, filtration means may be arranged in the flow direction one behind the other and downstream of the second filtration means, each downstream filtration means having a smaller pore size than the upstream filtration means.

Mindestens eine Filtrationseinrichtung kann zusätzlich zu dem (ersten) Filterelement ein zweites Filterelement umfassen, das in Bezug auf eine in der Kammer vorherrschende Fließrichtung parallel zu bzw. neben dem ersten Filterelement angeordnet ist. Dabei kann das zweite Filterelement andere Filterparameter, wie etwa eine andere Porengröße, eine andere Benetzbarkeit oder ein anderes Filterelement-Material aufweisen als das erste Filterelement. So kann die eine Filtrationseinrichtung dahingehend optimiert werden, dass zwei mehrere ausgewählte Substanzen aufkonzentriert bzw. ausgefiltert werden können.At least one filtration device may include, in addition to the (first) filter element, a second filter element disposed parallel to or adjacent to the first filter element with respect to a flow direction prevailing in the chamber. In this case, the second filter element may have other filter parameters, such as a different pore size, a different wettability or a different filter element material than the first filter element. Thus, the one filtration device can be optimized so that two more selected substances can be concentrated or filtered out.

In mindestens einer Filtrationseinrichtung kann das Filterelement in der Kammer eine Teilkammer in einer zumindest lokal herrschenden Fließrichtung stromabwärts begrenzen, im Wesentlichen eben ausgebildet sein und eine Erstreckungsebene aufweisen, und gemäß einer der folgenden Varianten ausgebildet sein: (a) die Erstreckungsebene ist im Wesentlichen senkrecht zu der Stapelrichtung angeordnet, (b) die Erstreckungsebene ist im Wesentlichen parallel zu der Stapelrichtung angeordnet, oder (c) die Erstreckungsebene ist schräg zu der Stapelrichtung angeordnet. In der Variante (a) wirkt im Betrieb der Vorrichtung in einem in einer Zentrifuge schnell rotierenden Rotor die Zentrifugalkraft besonders stark unterstützend für die Filtration, weil die Zentrifugalkraft dann im Wesentlichen senkrecht zu der Erstreckungsebene des Filterelements angeordnet ist und an die Stelle der ohne Rotation bei vertikaler Anordnung der mikrofluidischen Anordnung im Wesentlichen senkrecht zu der Erstreckungsebene des Filterelements wirkenden Schwerkraft tritt. In der Variante (b) wirkt im Betrieb der Vorrichtung in einem schnell rotierenden Rotor die Zentrifugalkraft besonders stark als eine Scherkraft auf Substanzen, die nicht durch das Filterelement hindurch treten können und sich daher, z.B. in der Form eines sogenannten Filterkuchens, an bzw. in einer Seite des Filterelements ansammeln. Die sich ansammelnden Substanzen bzw. der Filterkuchen wird durch die als Scherkraft wirkende Zentrifugalkraft radial nach außen, d.h. aufgrund der Anordnung entlang der Oberfläche des Filterelements verschoben, d.h. man erhält eine während der Rotation des Rotors an dem Filterelement selbstreinigende Wirkung. In der Variante (c) kann im Betrieb der Vorrichtung in einem schnell rotierenden Rotor durch eine geeignete Auswahl des Winkels der Schrägstellung ein geeigneter Kompromiss zwischen der die Filtration unterstützenden Wirkung der Zentrifugalkraft und dem radial nach außen gerichtete Verschieben der sich stromauf des Filterelements ansammelnden Substanzen, etwa eines Filterkuchens, realisiert werden.In at least one filtration device, the filter element in the chamber may delimit a sub-chamber downstream in an at least locally prevailing flow direction, be substantially planar and have an extension plane, and be configured according to one of the following variants: (a) the extension plane is substantially perpendicular to (b) the extension plane is arranged substantially parallel to the stacking direction, or (c) the extension plane is arranged obliquely to the stacking direction. In the variant (a), in the operation of the apparatus in a rotor rotating rapidly in a centrifuge, the centrifugal force is particularly supportive of filtration because the centrifugal force is then substantially perpendicular to the plane of extension of the filter element and into place of rotation without rotation vertical arrangement of the microfluidic arrangement occurs substantially perpendicular to the plane of extension of the filter element acting gravity. In variant (b), during operation of the device in a rapidly rotating rotor, the centrifugal force acts particularly strongly as a shearing force on substances, which can not pass through the filter element and therefore, for example in the form of a so-called filter cake, accumulate on or in one side of the filter element. The accumulating substances or the filter cake is displaced radially outwards by the centrifugal force acting as a shear force, ie due to the arrangement along the surface of the filter element, ie a self-cleaning effect is obtained on the filter element during the rotation of the rotor. In variant (c), during operation of the device in a rapidly rotating rotor, by suitable selection of the angle of inclination, a suitable compromise between the filtration assisting effect of the centrifugal force and the radially outward displacement of the substances accumulating upstream of the filter element, such as a filter cake, be realized.

Alternativ zu den Varianten (a) bis (c) kann mindestens ein Filterelement von mindestens einer Filtrationseinrichtung in der Kammer eine Teilkammer in einer zumindest lokal herrschenden Fließrichtung stromabwärts begrenzen und gemäß einer der folgenden Varianten (d) bis (f) ausgebildet sein: (d) das Filterelement ist im Wesentlichen kegelförmig ausgebildet, (e) das Filterelement ist in einem Querschnitt senkrecht zur Stapelrichtung im Wesentlichen spiralförmig ausgebildet, oder (f) das Filterelement ist in einem Querschnitt senkrecht zur Stapelrichtung im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet.As an alternative to variants (a) to (c), at least one filter element of at least one filtration device in the chamber can delimit a sub-chamber downstream in an at least locally prevailing flow direction and be configured according to one of the following variants (d) to (f): (i (e) the filter element is essentially spiral-shaped in a cross section perpendicular to the stacking direction, or (f) the filter element is essentially cylindrical in a cross section perpendicular to the stacking direction.

In der Variante (d) der kegelförmigen Ausbildung wird, aus den gleichen Gründen wie bei einem im Wesentlichen eben ausgestalteten Filterelement, ein Kompromiss zwischen der die Filtration unterstützenden Wirkung der Zentrifugalkraft und der selbstreinigenden Wirkung aufgrund de nach außen gerichteten Verschiebens der sich stromauf des Filterelements ansammelnden Substanzen realisiert werden. Das Filterelement kann die Form eines Kreiskegels oder eines schiefen Kreiskegels aufweisen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann eine Kegelspitze des Filterelements bei bestimmungsgemäßer Aufnahme der Vorrichtung in dem Rotor der Zentrifuge, und bei Rotation des Rotors, in Richtung zu der Rotationsachse des Rotors oder von dieser weg weisen. Im Fall, dass die Kegelspitze zu der Rotationsachse weist, können sich stromauf am Filterelement ansammelnde Substanzen nach außen verschieben, dadurch einen selbstreinigenden Effekt bewirken, und abseits des Filterelements aufgefangen werden. Im Fall, dass die Kegelspitze von der Rotationsachse weg weist, können sich stromauf am Filterelement ansammelnde Substanzen stromab am Filterelement innerhalb der Kegelspitze ansammeln.In the variant (d) of the conical design, for the same reasons as for a substantially planar filter element, a compromise between the filtration assisting effect of the centrifugal force and the self-cleaning effect due to the outward displacement of the upstream of the filter element accumulates Substances are realized. The filter element may have the shape of a circular cone or an oblique circular cone. Alternatively or additionally, a cone tip of the filter element can, when the device is received in the rotor of the centrifuge as intended, and in the direction of the axis of rotation of the rotor point away from the rotor when the rotor rotates. In the case where the apex of the cone faces the axis of rotation, substances accumulating upstream of the filter element may move outwardly, thereby causing a self-cleaning effect, and being collected off the filter element. In the event that the apex points away from the axis of rotation, substances accumulating upstream of the filter element may accumulate downstream of the filter element within the apex of the cone.

In der Variante (f) der zylinderförmigen Ausbildung der ersten Filtrationseinrichtung kann eine zweite zylinderförmige Filtrationseinrichtung vorgesehen sein, deren axiale Richtung im Wesentlichen parallel zu einer axialen Richtung der ersten zylinderförmigen Filtrationseinrichtung und die im Wesentlichen neben der ersten Filtrationseinrichtung angeordnet ist. Alternativ dazu kann eine zweite zylinderförmige Filtrationseinrichtung einen vom Durchmesser der ersten zylinderförmigen Filtrationseinrichtung verschiedenen Durchmesser aufweisen und die im Wesentlichen koaxial mit der ersten zylinderförmigen Filtrationseinrichtung angeordnet sein. Dabei kann das Filterelement der zweiten Filtrationseinrichtung andere Filterparameter, wie etwa eine andere Porengröße, eine andere Benetzbarkeit oder ein anderes Filterelement-Material aufweisen als das erste Filterelement der ersten Filtrationseinrichtung. So kann die Kombination der ersten und zweiten zylinderförmigen Filtrationseinrichtung dahingehend optimiert werden, dass zwei mehrere ausgewählte Substanzen aufkonzentriert bzw. ausgefiltert werden können.In variant (f) of the cylindrical formation of the first filtration device, a second cylindrical filtration device may be provided, the axial direction of which is arranged substantially parallel to an axial direction of the first cylindrical filtration device and which is substantially adjacent to the first filtration device. Alternatively, a second cylindrical filtration device may have a diameter different from the diameter of the first cylindrical filtration device and may be disposed substantially coaxially with the first cylindrical filtration device. In this case, the filter element of the second filtration device may have other filter parameters, such as a different pore size, a different wettability or a different filter element material than the first filter element of the first filtration device. Thus, the combination of the first and second cylindrical filtration means can be optimized so that two more selected substances can be concentrated or filtered out.

Mindestens eine Filtrationseinrichtung kann in der ihr zugeordneten Kammer in Bezug zu dieser Kammer bewegbar sein. Insbesondere kann die Filtrationseinrichtung in der Stapelrichtung bewegbar sein. In dieser Ausgestaltung kann die Filtrationseinrichtung sich, insbesondere in radialer Richtung, an eine Position bewegen, so dass eine von der Stärke der Zentrifugalkraft abhängige Filtereigenschaft im Betrieb der Zentrifuge in einen dynamischen steady state erreicht. Alternativ dazu kann die mindestens eine Filtrationseinrichtung selbstverständlich auch in der ihr zugeordneten Kammer in Bezug zu dieser Kammer feststehend angeordnet sein.At least one filtration device can be movable in the chamber associated with it in relation to this chamber. In particular, the filtration device may be movable in the stacking direction. In this embodiment, the filtration device, in particular in the radial direction, move to a position, so that a dependent on the strength of the centrifugal force filter property achieved in the operation of the centrifuge in a dynamic steady state. Alternatively, the at least one filtration device can of course also be arranged fixedly in the chamber assigned to it in relation to this chamber.

Die erste und/oder die zweite Teilkammer kann bei einer bestimmungsgemäßen Aufnahme der Vorrichtung in bzw. an dem Rotor der Zentrifuge vergrößerbar oder verkleinerbar sein. Dabei oder alternativ dazu kann das Gesamtvolumen der ersten und zweiten Teilkammer im Wesentlichen konstant bleiben oder sich verändern, etwa vergrößern oder verkleinern.The first and / or the second sub-chamber can be enlarged or reduced in a proper recording of the device in or on the rotor of the centrifuge. In this or alternatively, the total volume of the first and second sub-chambers can remain substantially constant or change, for example, increase or decrease.

Mindestens eine Filtrationseinrichtung kann ein Filterelement umfassen, das aus einem der folgenden Materialien hergestellt ist: ein faserorientiertes Vlies, insbesondere ein Filz, ein Wirrfaservlies, insbesondere ein Spinnvlies, ein Gewebe, ein gewickelter Filterschlauch oder eine gewickelte Filterkerze mit aus mindestens zwei unterschiedlichen Materialien hergestellten Garnen, eine Schüttung einer Vielzahl von Körnern und/oder eines Granulats, ein poröser Festkörper, etwa aus Sintermetall, Papier, oder ein Metall. Durch geeignete Wahl des Materials des Filterelements kann dieses für die Filtration bzw. zur effektiven Aufkonzentration einer bestimmten, gewünschten Substanz in einem Lösungsmittel optimiert werden.At least one filtration device may comprise a filter element made from one of the following materials: a fiber-oriented web, in particular a felt, a random fiber web, in particular a spunbond web, a woven fabric, a wound filter bag or a wound filter cartridge with yarns made from at least two different materials , a bed of a plurality of granules and / or granules, a porous solid, such as sintered metal, paper, or a metal. By suitable choice of the material of the filter element, this can be optimized for the filtration or for the effective concentration of a specific, desired substance in a solvent.

In der mikrofluidischen Vorrichtung kann mindestens ein öffenbares bzw. aktivierbares Deckelungselement vorgesehen sein. Dieses Deckelungselement kann als Deckelungsfolie ausgebildet, einer in einer Kammer von einem der Körper angeordneten Filtrationseinrichtung zugeordnet, und in Bezug auf in eine in dieser Kammer vorherrschende Fließrichtung stromauf dieser Filtrationseinrichtung angeordnet sein. Dabei kann das Deckelungselement in derselben Kammer wie die Filtrationseinrichtung, etwa an einem Einlass dieser Kammer, angeordnet sein. Alternativ dazu kann das Deckelungselement in bzw. an einem zweiten Körper vorgesehen sein, der stromauf, d.h. in Stapelrichtung über, dem Körper, dessen Kammer die Filtrationseinrichtung enthält, angeordnet sein, etwa an einem Auslass einer Kammer des zweiten Körpers. Das Deckelungselement bzw. die Deckelungsfolie kann aufstechbar sein oder eine Sollbruchstelle, die bei einem vorbestimmten Differentialdruck aufbrechbar ist, aufweisen. Die Aktivierbarkeit bzw. Öffenbarkeit des Deckelungselements ermöglicht, dass die Filtrationswirkung der Filtrationseinrichtung nicht direkt ab einem Beginn eines Betriebs der Zentrifuge, sondern erst später, ab einem gewünschten Zeitpunkt, nämlich wenn das Deckelungselement geöffnet wird, wirksam wird. At least one openable or activatable capping element can be provided in the microfluidic device. This capping member may be formed as a capping film, associated with a filtration means disposed in a chamber of one of the bodies, and disposed upstream of said filtration means with respect to a flow direction prevailing in that chamber. In this case, the capping element can be arranged in the same chamber as the filtration device, for example at an inlet of this chamber. Alternatively, the capping member may be provided in a second body disposed upstream, ie, in the stacking direction, of the body whose chamber contains the filtration means, such as at an outlet of a chamber of the second body. The capping element or the capping film can be pierceable or have a predetermined breaking point, which can be broken open at a predetermined differential pressure. The activability or Öffenbarkeit the capping element allows the filtration effect of the filtration device not directly from a start of operation of the centrifuge, but only later, from a desired time, namely when the cap element is opened, is effective.

Bei bestimmungsgemäßer Aufnahme der Vorrichtung in bzw. an einem Rotor einer Zentrifuge und bei einer Rotation des Rotors kann in der Kammer, in der eine Filtrationseinrichtung angeordnet ist, eine Fließrichtung vorherrschen. Dabei kann entweder ein sich in der Fließrichtung stromauf der Filtrationseinrichtung bildendes Konzentrat einer in einem Lösungsmittel enthaltenen Substanz, oder ein sich in der Fließrichtung stromab der Filtrationseinrichtung bildendes Filtrat, das bezüglich einer in einem Lösungsmittel enthaltenen Substanz, die sich etwa stromauf der Filtrationseinrichtung ansammelt, abgereichert ist, oder ein sich in der Fließrichtung stromauf der Filtrationseinrichtung bildender Filterkuchen als ein Zielprodukt nutzbar sein. When the device is properly received in or on a rotor of a centrifuge and during a rotation of the rotor, a flow direction can prevail in the chamber in which a filtration device is arranged. Incidentally, either a concentrate of a substance contained in a solvent in the flow direction upstream of the filtration device, or a filtrate downstream of the filtration device, which is depleted of a substance contained in a solvent which accumulates approximately upstream of the filtration device may be depleted or a filter cake forming in the flow direction upstream of the filtration device may be useful as a target product.

In der Vorrichtung mindestens einer in einer Kammer angeordneten Filtrationseinrichtung eine Zielprodukt-Auffangkammer zugeordnet sein. Die Zielprodukt-Auffangkammer kann in demselben Körper wie die Filtrationseinrichtung neben oder in Stapelrichtung unterhalb dieser Kammer ausgebildet sein und in Fluidkommunikation mit einer der ersten oder der zweiten Teilkammer dieser Kammer sein. Die Zielprodukt-Auffangkammer kann insbesondere in einer in der einen Teilkammer vorherrschenden Strömung stromab dieser Teilkammer in Fluidkommunikation mit dieser Teilkammer angeordnet sein. Eine derart bereitgestellte Zielprodukt-Auffangkammer dient als Sammelbehälter für ein gewünschtes Zielprodukt, das sich in der einen der ersten und der zweiten Teilkammer, in der sich das gewünschte Zielprodukt im Verlauf der Filtration ansammelt, wobei vermieden wird, dass das Zielprodukt sich in der Nähe (des Filterelements) der Filtrationseinrichtung ansammelt bzw. aufkonzentriert, was zu einem zunehmenden Druckabfall an der Filtrationseinrichtung, etwa durch eine zunehmende Verstopfung des Filterelements, führen und die Filtrationswirkung zunehmend stärker beeinträchtigen kann.In the device, at least one filtration device arranged in a chamber can be associated with a target product collecting chamber. The target product collection chamber may be formed in the same body as the filtration device adjacent or in the stacking direction below this chamber and in fluid communication with one of the first or second sub-chambers of that chamber. The target product collecting chamber can be arranged in fluid communication with this sub-chamber, in particular in a flow prevailing in one sub-chamber downstream of this sub-chamber. A target product collection chamber provided in this way serves as a collection container for a desired target product, which is located in one of the first and the second subchambers, in which the desired target product accumulates in the course of the filtration, whereby the target product is avoided in the vicinity. of the filter element) of the filtration device, which leads to an increasing pressure drop at the filtration device, such as by an increasing blockage of the filter element, and can increasingly affect the filtration effect more.

Alternativ oder zusätzlich zu der Zielprodukt-Auffangkammer kann in der Vorrichtung mindestens eine Abfallprodukt-Auffangkammer vorgesehen sein, die einer in einer Kammer angeordneten Filtrationseinrichtung zugeordnet ist und die in demselben Körper wie die Filtrationseinrichtung neben oder in Stapelrichtung unterhalb dieser Kammer ausgebildet und in Fluidkommunikation mit einer der ersten oder der zweiten Teilkammer dieser Kammer sein kann. Insbesondere kann die Abfallprodukt-Auffangkammer in einer in der Teilkammer vorherrschenden Strömung stromab dieser Teilkammer angeordnet sein. Dabei kann die Abfallprodukt-Auffangkammer, wenn der betreffenden Filtrationseinrichtung auch eine Zielprodukt-Auffangkammer zugeordnet ist, die Abfallprodukt-Auffangkammer in Fluidkommunikation mit der anderen der ersten oder der zweiten Teilkammer dieser Kammer sein. Eine derart bereitgestellte Abfallprodukt-Auffangkammer dient als Sammelbehälter für ein nicht weiter gewünschtes Abfallprodukt, das sich in der einen der ersten und der zweiten Teilkammer, in der sich das gewünschte Zielprodukt im Verlauf der Filtration ansammelt, wobei vermieden wird, dass das Abfallprodukt sich in der Nähe (des Filterelements) der Filtrationseinrichtung ansammelt bzw. aufkonzentriert, was zu einem zunehmenden Druckabfall an der Filtrationseinrichtung, etwa durch eine zunehmende Verstopfung des Filterelements, führen und die Filtrationswirkung zunehmend stärker beeinträchtigen kann.Alternatively or in addition to the target product collection chamber, there may be provided in the device at least one waste product collection chamber associated with a filtration device disposed in a chamber and formed in the same body as the filtration device adjacent or in the stacking direction below that chamber and in fluid communication with one the first or the second sub-chamber of this chamber can be. In particular, the waste product collecting chamber can be arranged in a flow prevailing in the sub-chamber downstream of this sub-chamber. In this case, if the respective filtration device is also associated with a target product collection chamber, the waste product collection chamber may be the waste product collection chamber in fluid communication with the other of the first or second sub-chambers of that chamber. A waste product collection chamber provided in this way serves as a collection container for a waste product which is undesired, which accumulates in one of the first and the second subchambers, in which the desired target product accumulates during the course of the filtration, whereby the waste product is prevented from accumulating in the product Near the (filter element) of the filtration device accumulates or concentrated, which can lead to an increasing pressure drop across the filtration device, such as by an increasing blockage of the filter element, and increasingly affect the filtration effect more.

In der Zentrifuge gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung kann (i) eine Zentrifugationsgeschwindigkeit der Zentrifuge und/oder (ii) eine Drehwinkelposition und/oder eine axiale Position von mindestens einem in dem Gehäuse eingesetzten Körper und/oder (iii) eine Temperatur in mindestens einem in dem Gehäuse eingesetzten Körper jeweils in Abhängigkeit von der Zeit gemäß einem vorprogrammierbaren Protokoll steuerbar sein. Auf diese Weise kann im Betrieb der mikrofluidischen Vorrichtung die Geschwindigkeit des Filtrationsprozesses und eine finale Substanzkonzentration über den steuerbaren Parameter beeinflusst werden.In the centrifuge according to the second aspect of the invention, there may be (i) a centrifuging speed of the centrifuge and / or (ii) a rotational angular position and / or an axial position of at least one body inserted in the housing and / or (iii) a temperature in at least one of body inserted in the housing can be controlled in each case as a function of time in accordance with a pre-programmable protocol. In this way, during operation of the microfluidic device, the speed of the filtration process and a final substance concentration can be influenced via the controllable parameter.

Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der in de beigefügten, schematischen Figuren beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung in weiteren Einzelheiten beschrieben. Es zeigen:The invention will be described in more detail below by way of example with reference to the embodiments of the microfluidic device according to the invention described in de attached schematic figures. Show it:

1 einen radialen Querschnitt einer ersten Ausführungsform einer mikrofluidischen Vorrichtung zu einem im Verlauf eines Filtrationsprozesses frühen Zeitpunkt, 1 FIG. 2 shows a radial cross section of a first embodiment of a microfluidic device at an early point in time in the course of a filtration process, FIG.

2 einen radialen Querschnitt durch die Vorrichtung aus der 1 zu einem im Verlauf des Filtrationsprozesses späteren Zeitpunkt als in der 1, 2 a radial cross section through the device of the 1 at a later date in the course of the filtration process than in the 1 .

3 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines in ein Gehäuse einer mikrofluidischen Vorrichtung einsetzbaren Körpers mit einer darin enthaltenen Filtrationseinrichtung, 3 a perspective view of a first embodiment of a usable in a housing of a microfluidic device body with a filtration device contained therein,

4 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines in ein Gehäuse einer mikrofluidischen Vorrichtung einsetzbaren Körpers mit einer darin enthaltenen Filtrationseinrichtung, 4 a perspective view of a second embodiment of an insertable into a housing of a microfluidic device body with a filtration device contained therein,

5a, 5b und 5c radiale Querschnitte einer zweiten, dritten und vierten Ausführungsform einer mikrofluidischen Vorrichtung, 5a . 5b and 5c radial cross sections of a second, third and fourth embodiment of a microfluidic device,

6a einen radialen Querschnitte einer fünften Ausführungsform einer mikrofluidischen Vorrichtung, 6a a radial cross-sections of a fifth embodiment of a microfluidic device,

6b einen axialen Querschnitte der Ausführungsform in einer Ebene VIb in der 6a, und 6b an axial cross-sections of the embodiment in a plane VIb in the 6a , and

7 einen Detailausschnitt aus einem axialen Querschnitt einer sechsten Ausführungsform einer mikrofluidischen Vorrichtung. 7 a detail of an axial cross section of a sixth embodiment of a microfluidic device.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der in den 1 und 2 gezeigten ersten Ausführungsform ist eine mikrofluidische Vorrichtung 10 zur Aufnahme in bzw. an einem Rotor 12 einer Zentrifuge (nicht gezeigt) bereitgestellt. Die Vorrichtung 10 umfasst ein an dem Rotor 12 der Zentrifuge befestigbaren Gehäuse 16 und drei im Wesentlichen zylinderförmige Körper bzw. Revolver 20, 22, 24, die in dem Gehäuse 16 eingesetzt sind. In dem Gehäuse 16 ist eine Stapelrichtung 18 definiert, in der der dritte Körper 24 über dem zweiten Körper 22 und der zweite Körper 22 über dem ersten Körper 20 in dem Gehäuse 16 im Wesentlichen koaxial gestapelt sind. Die Stapelrichtung 18 erstreckt sich im Wesentlichen parallel zu der Richtung der gemeinsamen Längsachsen der Körper 20, 22, 24 und verläuft zunächst im Wesentlichen vertikal. Im Betrieb der Zentrifuge, d.h. bei einer Rotation des Rotors 12 der Zentrifuge mit einer Winkelgeschwindigkeit ω um eine Rotationsachse 14 des Rotors 12 verändert die Stapelrichtung 18 ihre Richtung im Raum, wird im Wesentlichen parallel zu der bezüglich der Rotationsachse 14 radialen Richtung r und damit zu einer Wirkrichtung der durch die Rotation erzeugten Zentrifugalkraft. Die Stapelrichtung 18 ist so definiert, dass nach dem Bestücken des Gehäuses 16 der Vorrichtung 10, das üblicherweise in einem vertikalen Zustand des Gehäuses 16 erfolgt, während der Rotation des Rotors 12 die Seiten „oben“ bzw. „unten“ und die Richtungen „nach oben“ bzw. „nach unten“ zu den Seiten „radial innen“ bzw. „radial außen“ und den Richtungen „radial einwärts“, d.h. in Richtung –r, und „radial auswärts“, d.h. in Richtung +r, werden. Bei bestimmungsgemäßer Aufnahme der Vorrichtung 10 in bzw. an dem Rotor 12 der Zentrifuge (nicht gezeigt), und bei einer Rotation des Rotors 12 ist der erste Körper 20 im größten Abstand zu der Rotationsachse 14 des Rotors 12, der zweite Körper 22 in einem geringeren und der dritte Körper 24 in einem noch geringeren Abstand zu der Rotationsachse 14 angeordnet. Der erste Körper 20 ist mittels eines ersten Halteelements 62, der zweite Körper 22 mittels eines zweiten Halteelements 64 und der dritte Körper 24 mittels eines dritten Halteelements 66 in dem Gehäuse 16 abgestützt. Das zweite Halteelement 64 ist von mehreren sich in der Stapelrichtung 18 erstreckenden Durchgängen durchdrungen, die dazu dienen, bei bestimmten Anordnungen des zweiten Körpers 22 in Bezug auf den ersten Körper 20 bestimmte gewünschte fluidische Kopplungen (Fluidverbindungen) zwischen Kammern des zweiten Körpers 22 und Kammern des ersten Körpers 20 herzustellen. Das dritte Halteelement 66 ist ebenfalls von mehreren sich in der Stapelrichtung 18 erstreckenden Durchgängen durchdrungen, die dazu dienen, bei bestimmten Anordnungen des dritten Körpers 24 in Bezug auf den zweiten Körper 22 bestimmte gewünschte fluidische Kopplungen zwischen Kammern des dritten Körpers 24 und Kammern des zweiten Körpers 22 herzustellen.In the in the 1 and 2 The first embodiment shown is a microfluidic device 10 for inclusion in or on a rotor 12 a centrifuge (not shown). The device 10 includes one on the rotor 12 the centrifuge attachable housing 16 and three substantially cylindrical bodies or revolvers 20 . 22 . 24 in the case 16 are used. In the case 16 is a stacking direction 18 defined in which the third body 24 over the second body 22 and the second body 22 over the first body 20 in the case 16 are stacked substantially coaxially. The stacking direction 18 extends substantially parallel to the direction of the common longitudinal axes of the body 20 . 22 . 24 and initially runs essentially vertically. During operation of the centrifuge, ie during rotation of the rotor 12 the centrifuge with an angular velocity ω about an axis of rotation 14 of the rotor 12 changes the stacking direction 18 their direction in space becomes substantially parallel to that with respect to the axis of rotation 14 Radial direction r and thus to a direction of action of the centrifugal force generated by the rotation. The stacking direction 18 is defined so that after loading the housing 16 the device 10 which is usually in a vertical state of the housing 16 takes place during the rotation of the rotor 12 the sides "up" and "down" and the directions "up" and "down" to the sides "radially inward" and "radially outward" and the directions "radially inward", ie in the direction -r, and "radially outward", ie in the + r direction. When properly receiving the device 10 in or on the rotor 12 the centrifuge (not shown), and upon rotation of the rotor 12 is the first body 20 at the greatest distance from the axis of rotation 14 of the rotor 12 , the second body 22 in a lower and the third body 24 at an even closer distance to the axis of rotation 14 arranged. The first body 20 is by means of a first holding element 62 , the second body 22 by means of a second retaining element 64 and the third body 24 by means of a third retaining element 66 in the case 16 supported. The second holding element 64 is of several in the stacking direction 18 penetrated by extending passages, which serve in certain arrangements of the second body 22 in relation to the first body 20 certain desired fluidic couplings (fluid connections) between chambers of the second body 22 and chambers of the first body 20 manufacture. The third holding element 66 is also of several in the stacking direction 18 penetrated by extending passages, which serve in certain arrangements of the third body 24 in relation to the second body 22 certain desired fluidic couplings between chambers of the third body 24 and chambers of the second body 22 manufacture.

In dem dritten Körper 24 sind, z.B. zur Bevorratung von Reagenzien und Lösungsmitteln, mehrere Kavitäten bzw. Kammern 24a, 24b, 24c, 24d, im zweiten Körper 22 zwei Kavitäten bzw. Kammern 22a, 22b und im ersten Körper 20 zwei Kavitäten bzw. Kammern 20a, 20b ausgebildet. Der dritte Körper 24 kann relativ zu dem zweiten Körper 24 axial und in einer Drehbewegung in seiner Umfangsrichtung geeignet bewegt werden, so dass gewünschte fluidische Kopplungen zwischen Kammern 24a, 24b, 24c, 24d im dritten Körper 24 und Kammern 22a, 22b im zweiten Körper 22 hergestellt werden und letztere Kammern 22a, 22b mit Reagenzien und Lösungsmitteln beschickt werden, aufgrund derer in den Kammern 22a, 22b chemische Reaktionen oder biochemische Prozesse stattfinden. In the third body 24 are, for example for the storage of reagents and solvents, several cavities or chambers 24a . 24b . 24c . 24d , in the second body 22 two cavities or chambers 22a . 22b and in the first body 20 two cavities or chambers 20a . 20b educated. The third body 24 can be relative to the second body 24 be moved axially and in a rotational movement in its circumferential direction, so that desired fluidic couplings between chambers 24a . 24b . 24c . 24d in the third body 24 and chambers 22a . 22b in the second body 22 be prepared and the latter chambers 22a . 22b be charged with reagents and solvents, due to those in the chambers 22a . 22b chemical reactions or biochemical processes take place.

In der mikrofluidischen Kammer 20a des ersten Körpers 20 ist erfindungsgemäß eine Filtrationseinrichtung 32, die „erste“ Filtrationseinrichtung gemäß dem beigefügten Anspruch 1, angeordnet. Die Filtrationseinrichtung 32 umfasst ein Filterelement 38 (siehe auch 5a bis 5c und 6a), das in der Kammer 20a für ein in der Kammer 20a strömendes Fluid anströmbar ist. Die Filtrationseinrichtung 32 bzw. das Filterelement 38 begrenzt in der Kammer 20a eine erste Teilkammer 26 in einer zumindest lokal herrschenden Fließrichtung 30 stromabwärts, hier in stromabwärtiger Richtung, und unterteilt die Kammer 20a in eine erste Teilkammer 26 und eine zweite Teilkammer 28. Die erste Teilkammer 26 ist in einer in der Kammer 20a vorherrschenden Fließrichtung 30 (siehe die dick eingezeichneten Pfeile in der Kammer 20a in 1) stromauf der Filtrationseinrichtung 32 und eine zweite Teilkammer 28 stromab der Filtrationseinrichtung 32 angeordnet. Die Filtrationseinrichtung 38 umfasst ferner ein Gleitelement 42, der das Filterelement aufspannt und dessen Außenumfangsfläche als Gleitfläche ausgebildet ist, so dass das Gleitelement 42 mit dem aufgespannten Filterelement entlang der Innenwandoberfläche der Kammer 20a in der Stapelrichtung 18, d.h. bei Rotation des Rotors 12 um die Rotationsachse 14 im Wesentlichen in der Wirkrichtung der Zentrifugalkraft, gleiten kann.In the microfluidic chamber 20a of the first body 20 is a filtration device according to the invention 32 , the "first" filtration device according to the appended claim 1. The filtration device 32 includes a filter element 38 (see also 5a to 5c and 6a ), in the chamber 20a for one in the chamber 20a flowing fluid can be flowed against. The filtration device 32 or the filter element 38 limited in the chamber 20a a first compartment 26 in an at least locally prevailing flow direction 30 downstream, here in the downstream direction, and divides the chamber 20a in a first compartment 26 and a second sub-chamber 28 , The first compartment 26 is in one in the chamber 20a prevailing flow direction 30 (See the thick arrows in the chamber 20a in 1 ) upstream of the filtration device 32 and a second sub-chamber 28 downstream of the filtration device 32 arranged. The filtration device 38 further comprises a sliding element 42 , which spans the filter element and whose outer peripheral surface is formed as a sliding surface, so that the sliding element 42 with the clamped filter element along the inner wall surface of the chamber 20a in the stacking direction 18 , ie during rotation of the rotor 12 around the axis of rotation 14 essentially in the effective direction of the centrifugal force, can slide.

In dem ersten Körper 20 ist die Kammer 20a mit der Filtrationseinrichtung 32 durch eine (in den 1 und 2 vertikal gezeigte und nicht bezeichnete) erste Trennwand abgetrennt von einer Kammer 20b, die wiederum durch eine (in den 1 und 2 horizontal gezeigte und nicht bezeichnete) zweite Trennwand in eine Zielprodukt-Auffangkammer 50 und eine Abfallprodukt-Auffangkammer 52 unterteilt ist. Ein Verbindungskanal 76 durchdringt die erste Trennwand und stellt eine Fluidkommunikation zwischen der stromauf der Filtrationseinrichtung 32 angeordneten Teilkammer 26 und der Abfallprodukt-Auffangkammer 52 her.In the first body 20 is the chamber 20a with the filtration device 32 by one (in the 1 and 2 vertically shown and not labeled) first partition separated from a chamber 20b , in turn, by a (in the 1 and 2 shown horizontally and not labeled) into a target product collection chamber 50 and a waste product collection chamber 52 is divided. A connection channel 76 Penetrates the first partition wall and provides fluid communication between the upstream of the filtration device 32 arranged sub-chamber 26 and the waste product collection chamber 52 ago.

Stromauf der Filtrationseinrichtung 32 sammelt sich im Verlauf voranschreitender Prozesszeit eine in einer Flüssigkeit mitgeführte (in der 1 schematisch als Partikel dargestellte) Substanz 60 an, die eine Partikelgröße aufweist, die größer als eine Porengröße des Filterelements der Filtrationseinrichtung 32 ist, die daher das Filterelement nicht durchdringen kann und stromauf desselben zurückgehalten wird. Die die Substanz mitführende Flüssigkeit durchdringt das Filterelement in der Fließrichtung (in 1 durch die dick eingezeichneten Pfeile angedeutet) und sammelt sich in der zweiten Teilkammer 28 stromab des Filterelements der Filtrationseinrichtung 32. Weil die Konzentration der Substanz 60 in der ersten Teilkammer 26 größer ist als in der zweiten Teilkammer 28 entsteht an dem Filterelement der Filtrationseinrichtung 32 ein osmotischer Druck, der in der Richtung von der zweiten Teilkammer 28 zur ersten Teilkammer 26 wirkt, und die in der ersten Teilkammer 26 vorhandene höhere Konzentration (bzw. Dichte) der Substanz 60 zu verdünnen sucht. Der osmotische Druck ist proportional zum Dichteunterschied der Substanz 60 stromauf und stromab des Filterelements und bewirkt eine Kraftwirkung auf das Filterelement bzw. die in dieser Richtung bewegliche Filtrationseinrichtung 32, die letztere in Richtung der zweiten Teilkammer 28 (in den 1 und 2 nach unten) zu drücken sucht bzw. drückt. Die osmotische Kraftwirkung auf die Filtrationseinrichtung 32 (in 1 nach unten) wirkt in derselben Richtung wie die Zentrifugalkraft (in 1 nach unten), wobei die Zentrifugalkraft sowohl auf die Filtrationseinrichtung 32 als auch auf die in den Teilkammern 26, 28 befindliche Lösung und die Substanz 60 wirkt. Weil die Zentrifugalkraft proportional zum Quadrat der Winkelgeschwindigkeit ω und dem Radius r (dem Abstand der Filtrationseinrichtung 32 von der Rotationsachse 14) ist, kann zum Einen die Gleichgewichtsposition der Filtrationseinrichtung 32, mithin die Konzentration der Substanz 60 in der ersten Teilkammer 26 über die Winkelgeschwindigkeit ω der Rotation des Rotors 12 um die Drehachse, d.h. die Zentrifugationsgeschwindigkeit, beeinflusst werden. Über die Zentrifugationsgeschwindigkeit kann zum Anderen die Filtrationsgeschwindigkeit beeinflusst werden. Ob nun im Betrieb die Filtrationseinrichtung 32 aufgrund der Zentrifugalkraft nach oben oder nach unten bewegt wird, hängt davon ab, ob die Dichte des Filterelements 38 bzw. die Dichte des Materials des Filterelements 38 kleiner oder größer als die Dichte der Lösung und der Substanz 60 ist, wobei die Dichte der Substanz 60 in diesem Zusammenhang oft vernachlässigbar ist. Ist die Dichte des Filterelements 38 kleiner als die Dichte der Lösung, so kommt es bei Einwirken der Zentrifugalkraft zu einer Verschiebung der Filtrationseinrichtung 32 durch die Lösung nach oben, da die dichtere Lösung die dünnere Filtrationsvorrichtung verdrängt und somit eine effektive Kraft auf die Filtrationsvorrichtung in Richtung der Rotationsachse 14 wirkt. Die letztendlich resultierende Kraft auf die Filtrationseinrichtung 32 ergibt sich somit im Betrieb durch die Differenz der vorstehend erwähnten effektiven Kraft, welche hier beispielhaft nach oben wirkt, und der osmotischen Kraft, welche nach unten wirkt. In 2 wirkt die resultierende Kraft beispielhaft in Richtung der Rotationsachse 14 und bewirkt somit eine Erhöhung der Konzentration der Substanz 60 in der ersten Teilkammer 26. Ein Beispiel für die Lösung ist eine allgemeine wasser-basierte Flüssigkeit, deren Dichte bei im Wesentlichen 1 kg/l liegt. Alternativ dazu sind auch Glykole (wie beispielsweise PEG, DEG, EG, etc.) und andere flüssige Medien möglich. Vorzugsweise weist das Filterelement 38 eine geringere Dichte (< 1kg/l) als die Dichte der Lösung auf. Das Filterelement 38 kann insbesondere aus einem Kunststoff (zugehörige Dichte < 1kg/m3), Karbon, Cellulose, Papier (zugehörige Dichte ca. 0,8kg/l) oder Wachs (zugehörige Dichte 0,9..0,98kg/l) gebildet werden. Bevorzugt handelt es sich bei der Substanz 60 um Wasser und das Filterelement 38 ist aus Kunststoff oder Cellulose ausgebildet. Alternativ dazu kann die Lösungwiederum Wasser sein, während das Filterelement 38 aus Karbon, Papier oder Wachs ausgebildet ist.Upstream of the filtration device 32 accumulates in the course of progressing process time one in a liquid entrained (in the 1 schematically represented as a particle) substance 60 having a particle size greater than a pore size of the filter element of the filtration device 32 is, therefore, can not penetrate the filter element and is retained upstream of the same. The substance entraining liquid penetrates the filter element in the flow direction (in 1 indicated by the thick arrows) and collects in the second sub-chamber 28 downstream of the filter element of the filtration device 32 , Because the concentration of the substance 60 in the first compartment 26 is greater than in the second sub-chamber 28 arises on the filter element of the filtration device 32 an osmotic pressure in the direction of the second compartment 28 to the first compartment 26 works, and in the first part chamber 26 existing higher concentration (or density) of the substance 60 to dilute. The osmotic pressure is proportional to the density difference of the substance 60 upstream and downstream of the filter element and causes a force on the filter element or the movable in this direction filtration device 32 , the latter in the direction of the second compartment 28 (in the 1 and 2 down) presses or presses. The osmotic force on the filtration device 32 (in 1 down) acts in the same direction as the centrifugal force (in 1 down), with the centrifugal force acting on both the filtration device 32 as well as those in the sub-chambers 26 . 28 solution and the substance 60 acts. Because the centrifugal force is proportional to the square of the angular velocity ω and the radius r (the distance of the filtration device 32 from the axis of rotation 14 ) is, on the one hand, the equilibrium position of the filtration device 32 , hence the concentration of the substance 60 in the first compartment 26 about the angular velocity ω of the rotation of the rotor 12 be influenced about the axis of rotation, ie the centrifugation speed. On the other hand, the filtration speed can be influenced by the centrifugation speed. Whether in operation, the filtration device 32 due to the centrifugal force is moved up or down, depends on whether the density of the filter element 38 or the density of the material of the filter element 38 less than or greater than the density of the solution and the substance 60 is, the density of the substance 60 often negligible in this context. Is the density of the filter element 38 smaller than the density of the solution, it comes with the action of centrifugal force to a shift of the filtration device 32 through the solution to the top, as the denser solution displaces the thinner filtration device and thus an effective force on the filtration device in the direction of the axis of rotation 14 acts. The ultimately resulting force on the filtration device 32 Thus, in operation, this results in the difference between the above-mentioned effective force, which acts by way of example upward, and the osmotic force, which acts downward. In 2 the resulting force acts as an example in the direction of the axis of rotation 14 and thus causes an increase in the concentration of the substance 60 in the first compartment 26 , An example of the solution is a general water-based fluid whose density is substantially 1 kg / l. Alternatively, glycols (such as PEG, DEG, EG, etc.) and other liquid media are also possible. Preferably, the filter element 38 a lower density (<1kg / l) than the density of the solution. The filter element 38 can be formed in particular from a plastic (associated density <1 kg / m 3 ), carbon, cellulose, paper (associated density about 0.8 kg / l) or wax (associated density 0.9..0.98 kg / l). Preferably, it is the substance 60 around water and the filter element 38 is made of plastic or cellulose. Alternatively, the solution may again be water while the filter element 38 made of carbon, paper or wax.

Die 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines in ein Gehäuse (nicht gezeigt) einer mikrofluidischen Vorrichtung einsetzbaren Körpers 20 mit mehreren sich in der Stapelrichtung 18 durch den Körper 20 hindurch erstreckenden Kammern 20a, 20b, 20c und 20d. In der Kammer 20a sind erfindungsgemäß eine erste Filtrationseinrichtung 32 und ferner eine zweite Filtrationseinrichtung 46, jeweils für ein in der Kammer 20a strömendes Fluid anströmbar angeordnet und erstrecken sich über den gesamten, dem Fluid zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnitt. Das Filterelement der ersten Filtrationseinrichtung 32 hat eine Porengröße (in 3 wie ein Sieb mit einer größeren Maschengröße dargestellt), die größer als eine Porengröße der zweiten Filtrationseinrichtung 46 ist (in 3 wie ein Sieb mit einer kleineren Maschengröße dargestellt). Die zweite Filtrationseinrichtung 46 ist in einer in der Kammer 20a herrschenden Fließrichtung 30, die der Stapelrichtung 18 im Wesentlichen entgegengesetzt gerichtet ist, stromab bezüglich der ersten Filtrationseinrichtung 32 angeordnet. Beide Filtrationseinrichtungen 32 und 46 sind in der Kammer 20a nicht verschiebbar, d.h. in der Kammer 20a ortsfest, angeordnet. In dieser Anordnung wirkt die erste Filtrationseinrichtung 32 als ein Vorfilter, das Substanzen mit größeren Partikelgrößen zurückhält, für die zweite Filtrationseinrichtung 46, die als ein Nachfilter wirkt und Substanzen mit kleineren Partikelgrößen zurückhält. Am stromaufwärtigen Ende der Kammer 20a ist ein als Deckelungsfolie ausgebildetes, öffenbares Deckelungselement 48 angeordnet. Das Deckelungselement 48 bzw. die Deckelungsfolie hat eine Sollbruchstelle (nicht gezeigt), die dazu ausgelegt ist, bei einem vorbestimmten, auf die Deckelungsfolie wirkenden Druck aufzubrechen. Dieser auf die Deckelungsfolie wirkende Druck ist proportional zur Zentrifugalkraft, die auf ein stromauf des Deckelungselements zurückgestautes Fluid, genauer auf die darin enthalten Fluidteilchen wirkt. Die Zentrifugalkraft und damit der Druck auf das Deckelungselement 48 ist proportional zur Dichte des Fluids und zur Zentrifugationsgeschwindigkeit ω, so dass über letztere das Aufbrechen der Sollbruchstelle des Deckelungselements 48 steuerbar ist.The 3 shows a perspective view of an embodiment of a usable in a housing (not shown) of a microfluidic device body 20 with several in the stacking direction 18 through the body 20 extending through chambers 20a . 20b . 20c and 20d , In the chamber 20a are according to the invention a first filtration device 32 and further a second filtration device 46 , one for each in the chamber 20a flowing fluid arranged to flow and extend over the entire, the fluid flow cross section available. The filter element of the first filtration device 32 has a pore size (in 3 represented as a screen with a larger mesh size) larger than a pore size of the second filtration device 46 is (in 3 shown as a sieve with a smaller mesh size). The second filtration device 46 is in one in the chamber 20a prevailing flow direction 30 , the stacking direction 18 directed substantially opposite, downstream of the first filtration device 32 arranged. Both filtration devices 32 and 46 are in the chamber 20a not displaceable, ie in the chamber 20a stationary, arranged. In this arrangement, the first filtration device acts 32 as a pre-filter retaining larger particle size substances for the second filtration device 46 which acts as a post-filter and retains substances with smaller particle sizes. At the upstream end of the chamber 20a is designed as a cover foil, openable cap element 48 arranged. The capping element 48 or the capping film has a predetermined breaking point (not shown) which is adapted to break at a predetermined pressure acting on the capping film. This pressure acting on the capping film is proportional to the centrifugal force acting on a fluid backed up upstream of the capping member, more specifically on the fluid particles contained therein. The centrifugal force and thus the pressure on the capping element 48 is proportional to the density of the fluid and to the centrifugation speed ω, so that over the latter the breaking of the predetermined breaking point of the capping element 48 is controllable.

Die 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform eines in ein Gehäuse (nicht gezeigt) einer mikrofluidischen Vorrichtung einsetzbaren Körpers 20 mit mehreren (in 4 acht) sich in der Stapelrichtung 18 durch den Körper 20 hindurch erstreckenden Kammern. In einer der Kammern ist erfindungsgemäß eine Filtrationseinrichtung 32 in dieser Kammer ortsfest angeordnet. Diese in der 4 gezeigte Filtrationseinrichtung 32 umfasst ein Filterelement 38 und einen Spannrahmen 40, der das Filterelement 38 aufspannt und über den die Filtrationseinrichtung 32 orstfest an der Innenwandoberfläche der Kammer 20a befestigt ist. Auf der im Wesentlichen zylinderförmigen Außenmantelfläche des Körpers 20 erstreckt sich in Umfangsrichtung eine in einem Zick-Zack-Muster verlaufende Schulter 70. Auf der Außenmantelfläche des Körpers 20 sind ferner eine Vielzahl von (in 4 acht) Erhebungen 72 in der Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen beabstandet ausgebildet. Die Schulter 70 und die Erhebungen 72 bilden zusammen Elemente einer Kugelschreiber-Mechanik 68, die dazu ausgebildet und vorgesehen ist, dass der Körper 20 sich einer Verschiebung in einer axialen Richtung in seiner Umfangsrichtung um einen durch den Abstand der Erhebungen 72 bzw. der Periodenlänge der Zick-Zack-förmigen Schulter 70 vorgegebenen Winkel (360°/8) in seiner Umfangsrichtung verdreht und bei einer Verschiebung in einer entgegengesetzten axialen Richtung in der neuen vorbestimmten Drehwinkelposition einrastet. Die Kugelschreiber-Mechanik 68 dient dazu, eine nächste der Kammern des gezeigten Körpers 20 mit einer Kammer eines in der Stapelrichtung 18 benachbarten (in der 4 nicht gezeigten) anderen Körpers fluidisch zu koppeln. The 4 shows a perspective view of another embodiment of a usable in a housing (not shown) of a microfluidic device body 20 with several (in 4 eight) in the stacking direction 18 through the body 20 extending through chambers. In one of the chambers according to the invention is a filtration device 32 fixed in this chamber. This in the 4 shown filtration device 32 includes a filter element 38 and a tenter 40 that is the filter element 38 spans and over the the filtration device 32 orstfest on the inner wall surface of the chamber 20a is attached. On the substantially cylindrical outer surface of the body 20 extends in the circumferential direction extending in a zig-zag pattern shoulder 70 , On the outer surface of the body 20 are also a variety of (in 4 eight) surveys 72 formed spaced in the circumferential direction at regular intervals. The shoulder 70 and the surveys 72 Together they form elements of a ballpoint pen mechanism 68 that is designed and provided to the body 20 a displacement in an axial direction in its circumferential direction by one by the distance of the elevations 72 or the period length of the zigzag-shaped shoulder 70 predetermined angle (360 ° / 8) is rotated in its circumferential direction and engages in a shift in an opposite axial direction in the new predetermined rotational angular position. The ballpoint pen mechanism 68 serves to be a next of the chambers of the body shown 20 with a chamber one in the stacking direction 18 neighboring (in the 4 not shown) to fluidly couple another body.

In den in den 5a bis 5c und 6a gezeigten Ausführungsformen umfasst eine mikrofluidische Vorrichtung 10 jeweils das am Rotor 12 der Zentrifuge befestigbare Gehäuse 16 und drei in der Stapelrichtung 18 übereinander gestapelte, in dem Gehäuse 16 eingesetzte, im Wesentlichen zylinderförmige Körper, von denen in diesen Figuren der in Stapelrichtung 18 mittlere Körper 22 gezeigt ist. In dem Körper 22 sind eine erste Kammer 22a und eine zweite Kammer 22b ausgebildet. In der ersten Kammer 22a ist jeweils eine Filtrationseinrichtung 32 mit einem als Spannrahmen dienenden Befestigungselement 44 zum ortsfesten Befestigen der Filtrationseinrichtung 32 an einer Innenwand der Kammer 22a und einem von dem auch als Spannrahmen dienenden Befestigungselement 44 aufgespanntes bzw. gehaltenes Filterelement 38. Während der Rotation der Vorrichtung 10 um die Rotationsachse 14 des Rotors 12 der Zentrifuge herrscht in der Kammer 22a jeweils eine Fließrichtung 30, die der Stapelrichtung 18 entgegengesetzt gerichtet ist, vor.In the in the 5a to 5c and 6a shown embodiments comprises a microfluidic device 10 each on the rotor 12 the centrifuge attachable housing 16 and three in the stacking direction 18 stacked in the housing 16 used, substantially cylindrical body, of which in these figures in the stacking direction 18 middle body 22 is shown. In the body 22 are a first chamber 22a and a second chamber 22b educated. In the first chamber 22a each is a filtration device 32 with a serving as a clamping frame fastener 44 for fixedly attaching the filtration device 32 on an inner wall of the chamber 22a and one of which also serves as a clamping frame fastener 44 clamped or held filter element 38 , During the rotation of the device 10 around the axis of rotation 14 of the rotor 12 the centrifuge rules in the chamber 22a one flow direction each 30 , the stacking direction 18 is directed opposite.

In den in den 5a bis 5c gezeigten Ausführungsformen ist das Filterelement 38 jeweils in einer im Wesentlichen ebenen Form ausgebildet und weist eine Erstreckungsebene 34 auf. In 5a ist die Erstreckungsebene 34 des Filterelements 38 im Wesentlichen senkrecht zur Fließrichtung 30 angeordnet. In 5b ist die Erstreckungsebene 34 des Filterelements 38 im Wesentlichen parallel zur Fließrichtung 30 angeordnet. Und in 5a ist die Erstreckungsebene 34 des Filterelements 38 schräg zur Fließrichtung 30 angeordnet. In the in the 5a to 5c the embodiments shown is the filter element 38 each formed in a substantially planar shape and has an extension plane 34 on. In 5a is the extension plane 34 of the filter element 38 essentially perpendicular to the flow direction 30 arranged. In 5b is the extension plane 34 of the filter element 38 essentially parallel to the flow direction 30 arranged. And in 5a is the extension plane 34 of the filter element 38 diagonally to the flow direction 30 arranged.

In der in 5a gezeigten Ausführungsform wirkt bei einer Rotation der Vorrichtung 10 um die Rotationsachse 14 des Rotors die Zentrifugalkraft besonders stark unterstützend für die Filtration, weil die Zentrifugalkraft dann im Wesentlichen senkrecht zu der Erstreckungsebene 34 des Filterelements 38 angeordnet ist und an die Stelle der ohne Rotation bei vertikaler Anordnung der mikrofluidischen Vorrichtung 10 im Wesentlichen senkrecht zu der Erstreckungsebene 34 des Filterelements 38 wirkenden Schwerkraft tritt. In der in 5b gezeigten Ausführungsform wirkt bei einer Rotation der Vorrichtung 10 die Zentrifugalkraft besonders stark als eine Scherkraft auf Substanzen, die nicht durch das Filterelement 38 hindurch treten können und sich daher, z.B. in der Form eines sogenannten Filterkuchens, an einer in Bezug auf das Filterelement 38 in der Kammer 22a definierten Einströmseite (in 5b rechts am Filterelement 38) ansammeln. Die sich ansammelnden Substanzen bzw. der Filterkuchen wird durch die als Scherkraft wirkende Zentrifugalkraft entlang der Oberfläche des Filterelements 38 radial nach außen (5b nach unten) verschoben, so dass man während der Rotation des Rotors an dem Filterelement 38 eine selbstreinigende Wirkung erhält. In der in 5c gezeigten Ausführungsform kann bei einem schnell rotierenden Rotor 12 durch eine geeignete Auswahl des Winkels der Schrägstellung der Erstreckungsebene 34 ein geeigneter Kompromiss zwischen der die Filtration unterstützenden Wirkung der Zentrifugalkraft und dem sich entlang der Oberfläche des Filterelements 38 gerichteten Verschieben der sich stromauf des Filterelements 38 ansammelnden Substanz, etwa eines Filterkuchens, und damit dem selbstreinigenden Effekt an dem Filterelement 38 realisiert werden. In the in 5a embodiment shown acts on a rotation of the device 10 around the axis of rotation 14 the rotor's centrifugal force is particularly supportive of the filtration because the centrifugal force is then substantially perpendicular to the plane of extent 34 of the filter element 38 is arranged and in place of the rotation without vertical arrangement of the microfluidic device 10 substantially perpendicular to the plane of extent 34 of the filter element 38 acting gravity occurs. In the in 5b embodiment shown acts on a rotation of the device 10 the centrifugal force is particularly strong as a shearing force on substances not passing through the filter element 38 can pass through and therefore, for example in the form of a so-called filter cake, at one with respect to the filter element 38 in the chamber 22a defined inflow side (in 5b right on the filter element 38 accumulate). The accumulating substances or the filter cake is due to the centrifugal force acting as a shear force along the surface of the filter element 38 radially outward ( 5b down), so that during the rotation of the rotor to the filter element 38 gets a self-cleaning effect. In the in 5c shown embodiment can in a fast rotating rotor 12 by a suitable choice of the angle of inclination of the plane of extent 34 a suitable compromise between the filtration assisting effect of the centrifugal force and along the surface of the filter element 38 directed displacement of the upstream of the filter element 38 accumulating substance, such as a filter cake, and thus the self-cleaning effect on the filter element 38 will be realized.

In der in 6a gezeigten Ausführungsform ist das Filterelement 38 der Filtrationseinrichtung 32 kegelförmig ausgebildet, wobei eine Spitze des Kegels in einer der Fließrichtung 30 entgegengesetzten Richtung weist. Auf diese Weise ist die Oberfläche des Filterelements 38 – ähnlich wie in 5c – schräg zur Fließrichtung 30 angestellt, so dass analog wie zuvor bezüglich der 5c beschrieben, ein Kompromiss zwischen der die Filtration unterstützenden Wirkung der Zentrifugalkraft und dem selbstreinigenden Effekt an dem Filterelement 38 durch Verschieben der sich stromauf ansammelnden Substanz 60 realisiert werden kann.In the in 6a the embodiment shown is the filter element 38 the filtration device 32 tapered, with a tip of the cone in one of the flow direction 30 opposite direction. In this way, the surface of the filter element 38 - similar to in 5c - obliquely to the flow direction 30 employed, so that analogous as before with respect to 5c described a compromise between the filtration assisting effect of the centrifugal force and the self-cleaning effect on the filter element 38 by shifting the upstream accumulating substance 60 can be realized.

In der in 6a gezeigten Ausführungsform ist die Kammer 22a mit der darin angeordneten Filtrationseinrichtung 32 durch eine Trennwand 74 von einer Kammer 22b getrennt. Die Trennwand 74 ist in der Nähe des Befestigungselements 44 von einem ersten Verbindungskanal 76 und in der Nähe des Halteelements 64 von einem zweiten Verbindungskanal 78 durchdrungen. Der erste Verbindungskanal 76 stellt eine Fluidkommunikation zwischen der stromauf des Filterelements 38 angeordneten ersten Teilkammer 26 der Kammer 22a und der Kammer 22b her. Der erste Verbindungskanal 76 beginnt in der Trennwand 74 an der Seite der Kammer 22a in dem Bereich, wo sich die von dem kegelförmigen Filterelement 38 zurückgehaltene Substanz 60 ansammelt (aufkonzentriert), so dass ein Teil der sich ansammelnden Substanz durch den ersten Verbindungskanal 76 abgeführt wird. Er mündet in Fließrichtung stromab in die Kammer 22b in einem Bereich 52, in den die vom Filterelement 38 zurückgehaltene und durch den ersten Verbindungskanal 76 abgeführte Substanz sich ansammelt. Wenn diese Substanz als Abfallprodukt angesehen wird (wie in der 6a angenommen), dann fungiert der Bereich 52 der Kammer 22b als Abfallprodukt-Auffangkammer 52. In the in 6a The embodiment shown is the chamber 22a with the filtration device disposed therein 32 through a partition 74 from a chamber 22b separated. The partition 74 is near the fastener 44 from a first connection channel 76 and in the vicinity of the holding element 64 from a second connection channel 78 penetrated. The first connection channel 76 provides fluid communication between the upstream of the filter element 38 arranged first sub-chamber 26 the chamber 22a and the chamber 22b ago. The first connection channel 76 starts in the partition 74 at the side of the chamber 22a in the area where the from the cone-shaped filter element 38 retained substance 60 accumulates (concentrated), so that a part of the accumulating substance through the first connection channel 76 is dissipated. It flows downstream into the chamber 22b in one area 52 into the filter element 38 retained and through the first connection channel 76 dissipated substance accumulates. If this substance is considered a waste product (as in the 6a accepted), then the area functions 52 the chamber 22b as a waste product collection chamber 52 ,

Der zweite Verbindungskanal 78 stellt eine Fluidkommunikation zwischen der stromab des Filterelements 38 angeordneten zweiten Teilkammer 28 der Kammer 22a und der Kammer 22b her. Der zweite Verbindungskanal 78 beginnt in der Trennwand 74 an der Seite der Kammer 22a in dem am weitesten stromabwärtigen Bereich, entfernt von der Filtrationseinrichtung 32, wo sich das von dem Filterelement 38 durchgelassene und von der Substanz 60 abgereicherte Fluid ansammelt, so dass ein Teil des sich ansammelnden Fluid durch den zweiten Verbindungskanal 78 abgeführt wird. Er mündet in Fließrichtung stromab in die Kammer 22b in einem Bereich 50, in den das vom Filterelement 38 durchgelassene und durch den zweiten Verbindungskanal 78 abgeführte Fluid sich ansammelt. Wenn dieses Fluid als Zielprodukt angesehen wird (wie in der 6a angenommen), dann fungiert der Bereich 50 der Kammer 22b als Zielprodukt-Auffangkammer 50.The second connection channel 78 provides fluid communication between the downstream of the filter element 38 arranged second sub-chamber 28 the chamber 22a and the chamber 22b ago. The second connection channel 78 starts in the partition 74 at the side of the chamber 22a in the most downstream region, away from the filtration device 32 where is that from the filter element 38 transmitted and from the substance 60 depleted fluid accumulates, so that a portion of the accumulating fluid through the second connection channel 78 is dissipated. It flows downstream into the chamber 22b in one area 50 , in the of the filter element 38 passed through and through the second connection channel 78 discharged fluid accumulates. If this fluid is considered as the target product (as in the 6a accepted), then the area functions 50 the chamber 22b as target product collection chamber 50 ,

In der in 7 gezeigten Ausführungsform ist in der Kammer 22a des Körpers 22 ein Filterelement 38 einer Filtrationseinrichtung im gezeigten Querschnitt senkrecht zur Stapelrichtung 38 gesehen spiralförmig ausgebildet und erstreckt sich (mit dem spiralförmigen Querschnitt) in der Stapelrichtung, d.h. in 7 senkrecht zur Zeichenebene. Das Filterelement 38 umgibt einen Innenraum, in den bei einer Rotation des Körpers 22 um die Rotationsachse eines Rotors (nicht gezeigt) ein eine Substanz mitführendes Fluid einströmt, und der die stromauf des Filterelements 38 angeordnete erste Teilkammer 26 ausbildet. Das Filterelement 38 ist von einem Außenraum umgeben, in den bei einer Rotation des Körpers 22 um die Rotationsachse eines Rotors (nicht gezeigt) das Fluid nach Passieren des Filterelements 38 einströmt, und der die stromab des Filterelements 38 angeordnete zweite Teilkammer 26 ausbildet. In die zweite Teilkammer 28 mündet ein Verbindungskanal 76, der eine die Kammer 22a begrenzende Trennwand 74 durchdringt und das Fluid, das durch das Filterelement 38 hindurchgetreten und von der am Filterelement 34 in der ersten Teilkammer 26 zurückgehaltenen Substanz abgereichert ist, als ein Zielprodukt zu einer Zielprodukt-Auffangkammer (in 7 nicht gezeigt) abführt.In the in 7 embodiment shown is in the chamber 22a of the body 22 a filter element 38 a filtration device in the cross section shown perpendicular to the stacking direction 38 seen spirally formed and extends (with the spiral-shaped cross section) in the stacking direction, ie in 7 perpendicular to the drawing plane. The filter element 38 surrounds an interior, in the case of a rotation of the body 22 a fluid carrying substance along the axis of rotation of a rotor (not shown) flows in, and the fluid upstream of the filter element 38 arranged first sub-chamber 26 formed. The filter element 38 is surrounded by an outside space, in the case of a rotation of the body 22 around the axis of rotation of a rotor (not shown), the fluid after passing through the filter element 38 flows in, and the downstream of the filter element 38 arranged second sub-chamber 26 formed. In the second compartment 28 opens a connection channel 76 , the one the chamber 22a bounding partition 74 penetrates and the fluid passing through the filter element 38 passed through and of the filter element 34 in the first compartment 26 depleted substance as a target product to a target product collection chamber (in 7 not shown).

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
mikrofluidische Vorrichtung microfluidic device
1212
Rotor rotor
1414
Rotationsachse axis of rotation
1616
Gehäuse casing
1818
Stapelrichtung stacking direction
2020
erster Körper first body
20a20a
erste Kammer first chamber
20b20b
zweite Kammer second chamber
20c20c
dritte Kammer third chamber
2222
zweiter Körper second body
22a22a
erste Kammer first chamber
22b22b
zweite Kammer second chamber
2424
dritter Körper third body
24a24a
erste Kammer first chamber
24b24b
zweite Kammer second chamber
24c24c
dritte Kammer third chamber
2626
erste Teilkammer first compartment
2828
zweite Teilkammer second sub-chamber
3030
Fließrichtung flow direction
3232
erste Filtrationseinrichtung first filtration device
3434
Erstreckungsebene extension plane
3636
Bewegungsrichtung movement direction
3838
Filterelement filter element
4040
Spannrahmen tenter
4242
Gleitelement Slide
4444
Befestigungselement fastener
4646
zweite Filtrationseinrichtung second filtration device
4848
Deckelungselement capping element
5050
Zielprodukt-Auffangkammer Target product-collecting chamber
5252
Abfallprodukt-Auffangkammer Waste product collection chamber
5454
Konzentrat concentrate
5656
Filtrat filtrate
5858
Filterkuchen filter cake
6060
Substanz substance
6262
erstes Halteelement first holding element
6464
zweites Halteelement second holding element
6666
drittes Halteelement third retaining element
6868
Kugelschreiber-Mechanik Pens mechanics
7070
Schulter shoulder
7272
Erhebung survey
7474
Trennwand partition wall
7676
erster Verbindungskanal first connection channel
7878
zweiter Verbindungskanal second connection channel
rr
Radius radius
ωω
Winkelgeschwindigkeit angular velocity

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010003223 A1 [0003, 0003] DE 102010003223 A1 [0003, 0003]

Claims (17)

Mikrofluidische Vorrichtung (10) zur Aufnahme in oder an einem Rotor (12) einer Zentrifuge, mit: mindestens einem ersten Körper (20, 22), der mindestens eine erste mikrofluidische Kammer (20a, 22a) aufweist und in einem an dem Rotor (12) der Zentrifuge befestigbaren Gehäuse (16) einsetzbar ist, wobei in dem Gehäuse (16) eine Stapelrichtung (18) definiert ist, in der ein zweiter Körper (22, 24) in dem Gehäuse (16) über oder unter dem ersten Körper stapelbar ist, wobei bei Aufnahme der Vorrichtung (10) in oder an dem Rotor (12) der Zentrifuge, und bei einer Rotation des Rotors (12), der erste Körper in einem Abstand zu einer Rotationsachse (14) des Rotors (12) angeordnet ist, wobei mindestens eine erste Filtrationseinrichtung (32), in der Kammer (20a, 22a) des ersten Körpers (20, 22) angeordnet ist, die ein Filterelement (38) umfasst, das in der Kammer (20a, 22b) bei Aufnahme der Vorrichtung (10) in oder an dem Rotor (12) der Zentrifuge, und bei einer Rotation des Rotors (12), anströmbar ist.Microfluidic device ( 10 ) for inclusion in or on a rotor ( 12 ) of a centrifuge, comprising: at least one first body ( 20 . 22 ), the at least one first microfluidic chamber ( 20a . 22a ) and in one of the rotor ( 12 ) of the centrifuge mountable housing ( 16 ), wherein in the housing ( 16 ) a stacking direction ( 18 ) in which a second body ( 22 . 24 ) in the housing ( 16 ) is stackable above or below the first body, wherein upon receiving the device ( 10 ) in or on the rotor ( 12 ) of the centrifuge, and upon rotation of the rotor ( 12 ), the first body at a distance to a rotation axis ( 14 ) of the rotor ( 12 ), wherein at least one first filtration device ( 32 ), in the Chamber ( 20a . 22a ) of the first body ( 20 . 22 ), which is a filter element ( 38 ) contained in the chamber ( 20a . 22b ) when receiving the device ( 10 ) in or on the rotor ( 12 ) of the centrifuge, and upon rotation of the rotor ( 12 ), is vorströmbar. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Kammer (20a) des ersten Körpers (20) mindestens eine zweite Filtrationseinrichtung (46) in Bezug auf eine in der Kammer vorherrschende Fließrichtung (30) stromab der ersten Filtrationseinrichtung (32) anströmbar angeordnet ist.Device according to claim 1, characterized in that in the first chamber ( 20a ) of the first body ( 20 ) at least one second filtration device ( 46 ) with respect to a prevailing in the chamber flow direction ( 30 ) downstream of the first filtration device ( 32 ) is arranged to flow against. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Filtrationseinrichtung (32, 46) unterschiedliche Porengrößen aufweisen und dass die Filtrationseinrichtung (46) mit der kleineren Porengröße in der Fließrichtung stromab der Filtrationseinrichtung (32) mit der größeren Porengröße angeordnet ist.Apparatus according to claim 2, characterized in that the first and the second filtration device ( 32 . 46 ) have different pore sizes and that the filtration device ( 46 ) with the smaller pore size in the flow direction downstream of the filtration device ( 32 ) is arranged with the larger pore size. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer der ersten und zweiten Filtrationseinrichtung (32, 46) das Filterelement (38) eine Teilkammer (26) in einer zumindest lokal herrschenden Fließrichtung (30) stromabwärts begrenzt, im Wesentlichen eben ausgebildet ist und eine Erstreckungsebene (34) aufweist, die gemäß einer der folgenden Varianten angeordnet ist: (a) die Erstreckungsebene (34) ist im Wesentlichen senkrecht zu der Stapelrichtung (18) angeordnet, (b) die Erstreckungsebene (34) ist parallel zu der Stapelrichtung (18) angeordnet, oder (c) die Erstreckungsebene (34) ist schräg zu der Stapelrichtung (18) angeordnet.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that in at least one of the first and second filtration means ( 32 . 46 ) the filter element ( 38 ) a sub-chamber ( 26 ) in an at least locally prevailing flow direction ( 30 ) is limited downstream, is substantially planar and an extension plane ( 34 ) arranged according to one of the following variants: (a) the plane of extent ( 34 ) is substantially perpendicular to the stacking direction (FIG. 18 ), (b) the plane of extent ( 34 ) is parallel to the stacking direction ( 18 ), or (c) the plane of extent ( 34 ) is oblique to the stacking direction ( 18 ) arranged. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (38) von mindestens einer Filtrationseinrichtung (32, 46) eine Teilkammer (26) in einer zumindest lokal herrschenden Fließrichtung (30) stromabwärts begrenzt und gemäß einer der folgenden Varianten ausgebildet ist: (d) das Filterelement (38) ist im Wesentlichen kegelförmig ausgebildet, (e) das Filterelement (38) ist in einem Querschnitt senkrecht zur Stapelrichtung (18) im Wesentlichen spiralförmig ausgebildet, oder (f) das Filterelement (38) ist in einem Querschnitt senkrecht zur Stapelrichtung im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the filter element ( 38 ) of at least one filtration device ( 32 . 46 ) a sub-chamber ( 26 ) in an at least locally prevailing flow direction ( 30 ) downstream and is formed according to one of the following variants: (d) the filter element ( 38 ) is substantially conical, (e) the filter element ( 38 ) is in a cross section perpendicular to the stacking direction ( 18 ) substantially spiral-shaped, or (f) the filter element ( 38 ) is formed substantially cylindrically in a cross section perpendicular to the stacking direction. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtrationseinrichtung (32) in der ihr zugeordneten Kammer (20a) in Bezug zu dieser Kammer (20a) bewegbar, insbesondere in der Stapelrichtung (18) bewegbar, angeordnet ist.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the filtration device ( 32 ) in the chamber assigned to it ( 20a ) in relation to this chamber ( 20a ), in particular in the stacking direction ( 18 ) is movable, is arranged. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Teilkammer (26, 28) bei einer Aufnahme der Vorrichtung (10) in bzw. an dem Rotor (12) der Zentrifuge vergrößerbar oder verkleinerbar ist.Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the first and / or the second partial chamber ( 26 . 28 ) at a recording of the device ( 10 ) in or on the rotor ( 12 ) of the centrifuge is increased or reduced. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Gesamtvolumen der ersten und zweiten Teilkammer (26, 28) verändern kann.Apparatus according to claim 7, characterized in that the total volume of the first and second sub-chamber ( 26 . 28 ) can change. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das ein Filterelement (38) aus einem der folgenden Materialien hergestellt ist: ein faserorientiertes Vlies, insbesondere ein Filz, ein Wirrfaservlies, insbesondere ein Spinnvlies, ein Gewebe, ein gewickelter Filterschlauch oder eine gewickelte Filterkerze mit aus mindestens zwei unterschiedlichen Materialien hergestellten Garnen, eine Schüttung einer Vielzahl von Körnern und/oder eines Granulats, ein poröser Festkörper, etwa aus Sintermetall, Papier, oder ein Metall.Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the one filter element ( 38 ) is made of one of the following materials: a fiber - oriented nonwoven, in particular a felt, a random fiber, in particular a spunbonded fabric, a woven fabric, a wound filter tube or a wound filter candle with yarns made of at least two different materials, a bed of a plurality of grains and / or a granulate, a porous solid, such as sintered metal, paper, or a metal. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch mindestens ein öffenbares Deckelungselement (48), das einer in einer Kammer von einem der Körper (20, 22, 24) angeordneten Filtrationseinrichtung (32, 46) zugeordnet ist und in Bezug auf in eine in dieser Kammer vorherrschende Fließrichtung (30) stromauf der Filtrationseinrichtung (32, 46) angeordnet ist. Device according to one of claims 1 to 9, characterized by at least one openable capping element ( 48 ), one in a chamber of one of the bodies ( 20 . 22 . 24 ) arranged filtration device ( 32 . 46 ) and with respect to a flow direction prevailing in this chamber ( 30 ) upstream of the filtration device ( 32 . 46 ) is arranged. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei Aufnahme der Vorrichtung (10) in oder an einem Rotor (12) einer Zentrifuge und bei einer Rotation des Rotors (12) in der ersten Kammer (20a) eine Fließrichtung (30) vorherrscht, und dass entweder ein sich in der Fließrichtung (30) stromauf der Filtrationseinrichtung (32) bildendes Konzentrat (54) einer in einem Lösungsmittel enthaltenen Substanz (60), oder ein sich in der Fließrichtung (30) stromab der Filtrationseinrichtung (32) bildendes Filtrat (56), das bezüglich einer in einem Lösungsmittel enthaltenen Substanz (60) abgereichert ist, oder ein sich in der Fließrichtung (30) stromauf der Filtrationseinrichtung (32) bildender Filterkuchen als ein Zielprodukt erhaltbar ist. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that when receiving the device ( 10 ) in or on a rotor ( 12 ) of a centrifuge and during a rotation of the rotor ( 12 ) in the first chamber ( 20a ) a flow direction ( 30 ) prevails, and that either one in the flow direction ( 30 ) upstream of the filtration device ( 32 ) forming concentrate ( 54 ) of a substance contained in a solvent ( 60 ), or in the flow direction ( 30 ) downstream of the filtration device ( 32 ) forming filtrate ( 56 ), relating to a substance contained in a solvent ( 60 ) is depleted, or in the flow direction ( 30 ) upstream of the filtration device ( 32 ) forming filter cake is obtainable as a target product. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch mindestens eine einer in einer Kammer angeordneten Filtrationseinrichtung (32, 46) zugeordnete Zielprodukt-Auffangkammer (50), die in demselben Körper wie die Filtrationseinrichtung (32, 46) neben oder in Stapelrichtung (18) unterhalb dieser Kammer ausgebildet und in Fluidkommunikation (78) mit einer der ersten oder der zweiten Teilkammer (26, 28) dieser Kammer ist.Device according to one of claims 1 to 9, characterized by at least one of a filtration device arranged in a chamber ( 32 . 46 ) associated target product collection chamber ( 50 ) contained in the same body as the filtration device ( 32 . 46 ) next to or in the stacking direction ( 18 ) formed below this chamber and in fluid communication ( 78 ) with one of the first or the second sub-chamber ( 26 . 28 ) of this chamber is. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch mindestens eine einer in einer Kammer angeordneten Filtrationseinrichtung (32, 46) zugeordnete Abfallprodukt-Auffangkammer (52), die in demselben Körper wie die Filtrationseinrichtung (32, 46) neben oder in Stapelrichtung (18) unterhalb dieser Kammer ausgebildet und in Fluidkommunikation (76) mit einer der ersten oder der zweiten Teilkammer (26, 28) dieser Kammer ist. Device according to one of claims 1 to 12, characterized by at least one of a filtration device arranged in a chamber ( 32 . 46 ) associated waste product collection chamber ( 52 ) contained in the same body as the filtration device ( 32 . 46 ) next to or in the stacking direction ( 18 ) formed below this chamber and in fluid communication ( 76 ) with one of the first or the second sub-chamber ( 26 . 28 ) of this chamber is. Zentrifuge mit einem Rotor (12), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Rotor (12) eine mikrofluidische Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 aufgenommen ist.Centrifuge with a rotor ( 12 ), characterized in that in the rotor ( 12 ) a microfluidic device ( 10 ) is received according to one of claims 1 to 13. Zentrifuge nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass: (i) eine Zentrifugationsgeschwindigkeit der Zentrifuge und/oder (ii) eine Drehwinkelposition und/oder eine axiale Position von mindestens einem in dem Gehäuse (12) eingesetzten Körper (20, 22, 24) und/oder (iii) eine Temperatur in mindestens einem in dem Gehäuse (12) eingesetzten Körper (20, 22, 24) in Abhängigkeit von der Zeit gemäß einem vorprogrammierbaren Ablauf steuerbar ist.Centrifuge according to claim 14, characterized in that: (i) a centrifuging speed of the centrifuge and / or (ii) a rotational angular position and / or an axial position of at least one in the housing ( 12 ) body ( 20 . 22 . 24 ) and / or (iii) a temperature in at least one in the housing ( 12 ) body ( 20 . 22 . 24 ) is controllable as a function of time in accordance with a pre-programmable sequence. Verwendung einer mikrofluidischen Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zum folgenden: Aufkonzentration einer Flüssigkeit, z.B. mit Partikeln, funktionalisierten Kugeln bzw. Beads oder Glaskügelchen, Bakterien, Hefen, Zellen, Zellbestandteilen, wie etwa Antikörper, Antigene, Proteine oder DNA, Aufkonzentration eines Feststoffs, z.B. mit Partikeln mit unterschiedlichen Partikelgrößen, oder Aufkonzentration eines Gases.Use of a microfluidic device ( 10 ) according to one of claims 1 to 13 for the following: concentration of a liquid, eg with particles, functionalized beads or glass beads, bacteria, yeasts, cells, cell components, such as antibodies, antigens, proteins or DNA, concentration of a solid, eg with particles with different particle sizes, or concentration of a gas. Verwendung einer in einer mikrofluidischen Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 enthaltenen Filtrationseinrichtung (32, 46) zur Aktuation eines mikrofluidischen Ventils oder einer mikrofluidischen Pumpe der mikrofluidischen Vorrichtung (10), wobei das Ventil oder die Pumpe in dem gleichen Körper (20, 22, 24) wie die Filtrationseinrichtung (32, 46) oder in einem in dem Gehäuse (16) dazu benachbarten, insbesondere in der Stapelrichtung (18) darüber oder darunter angeordneten, Körper angeordnet ist.Using a in a microfluidic device ( 10 ) according to any one of claims 1 to 13 contained filtration device ( 32 . 46 ) for the actuation of a microfluidic valve or a microfluidic pump of the microfluidic device ( 10 ), wherein the valve or the pump in the same body ( 20 . 22 . 24 ) like the filtration device ( 32 . 46 ) or in one in the housing ( 16 ) adjacent thereto, in particular in the stacking direction ( 18 ) arranged above or below, body is arranged.
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