DE102014004852A1

DE102014004852A1 - Vorrichtung zum Verschließen von Öffnungen und zum Verbinden fluidischer Systeme

Info

Publication number: DE102014004852A1
Application number: DE102014004852.7A
Authority: DE
Inventors: Claudia Gärtner; Christian Moche; Richard Klemm
Original assignee: MICROFLUIDIC CHIPSHOP GmbH
Current assignee: MICROFLUIDIC CHIPSHOP GmbH
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2015-10-15

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Vorrichtung zum Verschließen von Öffnungen oder zum Verbinden fluidischer Systeme unter Verdrängen minimaler Volumina. Dabei werden mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Öffnungen vorzugsweise in fluidischen Systemen zumeist flüssigkeits- und bzw. oder gasdicht verschlossen bzw. fluidische Systeme verbunden, wobei beim Einführen des Vorrichtung durch deren Ausgestaltung nur ein minimales Volumen verdrängt wird. Zu verschließende Öffnungen bzw. zu verbindende fluidische Systeme können sogenannte Lab-on-a-Chip-Systeme sein.

Description

Stand der Technik
Aufgabe ist es Öffnungen möglichst flüssigkeits- und bzw. oder gasdicht zu verschließen bzw. fluidische Schnittstellen miteinander zu verbinden und beim Verschließen oder Verbinden ein möglichst kleines Volumen zu verdrängen. Ein Anwendungsfall ist der Verschluss von Öffnungen in mikrofluidischen Systemen, sogenannten Lab-on-a-Chip-Systemen, oder die fluidische Kontaktierung und Verbindung solcher Systeme.
Speziell mikrofluidische Systeme verfügen über Kanalsysteme oder fluidische Netzwerke zur Handhabung kleinster Flüssigkeitsmengen. Über Fluidanschlüsse sind diese mikrofluidischen Systeme mit der Außenwelt oder miteinander verbunden. Diese Fluidanschlüsse des fluidischen Systems, beispeilsweise female Luer oder Mini Luer-Anschlüsse, haben als flüssigkeitsverbindendes Element beispielsweise Durchgangslöcher, die die direkte Verbindung des fluidischen Netzwerks darstellen und der notwendige flüssigkeitsführende Bereich sind. Die größeren Volumina, die die Anschlüsse wie female Luer oder Mini Luer Anschluss fassen sind Totvolumina.
Derzeitige Ansätze (microfluidic ChipShop Lab-on-a-Chip-Catalogue 06/2013 S. 68, Fig. 158, S. 69 Fig. 162, S. 73 Fig. 175, S. 73 Fig. 176) erlauben den Verschluss von Öffnungen in fluidischen, speziell mikrofluidischen Systemen, zeichnen sich aber durch ein großes Verdrängungsvolumen aus. D. h. beim Einführen dieser Verschlüsse in Öffnungen dichten diese bereits beim Einführen in die Öffnung frühzeitig ab (microfluidic ChipShop Lab-on-a-Chip-Catalogue 06/2013 S. 73 Fig. 177) und verdrängen damit das jetzt eingeschlossene Volumen. Dies führt dazu, dass das verdrängte Volumen in das fluidische System, in diesem Fall in das mikrofluidische System, geschoben wird und dort zu einer Verdrängung eines Volumens führt, so dass bereits im fluidischen System befindliche Flüssigkeiten nicht mehr an der vorherigen Position verbleiben, sondern entsprechend dem verdrängten Volumen weiter geschoben werden.
Ein Beispiel eines solchen fluidischen Systems mit einem fluidischen Verschluss bzw. fluidischen Anschlüssen, die die genannten Nachteile aufweisen, zeigt .
zeigt ein mikrofluidisches System (1), das Lab-on-a-Chip, mit fluidischen Kanälen (2), einer fluidischen Schnittstelle (3) mit Durchgangsöffnung (4) und wird mit einem entsprechendem fluidischen Verschluss (5) mit dem genannten Nachteil einer großen Fluidverdrängung verschlosse bzw. einzelne Fluidkanäle über fluidische Anschluss (6) und Schlauchverbindungen (7) verbunden.
Bezugszeichenliste
Abb. 1

1: Mikrofluidisches System (Lab-on-a-Chip)
2: Fluidische Kanäle
3: Fluidische Schnittstelle
4: Durchgangslöcher in fluidischer Schnittstelle
5: Fluidischer Verschluss
6: Fluidischer Anschluss
7: Schlauch

Beschreibung
Die vorliegende Erfindung beschreibt fluidische Verschlüsse bzw. Anschlüsse, die sich durch ein minimiertes Verdrängungsvolumen auszeichnen. Dabei erfolgt eine flüssigkeits- oder gasdichte Abdichtung der Öffnung mittels des Ver- bzw.
Anschlusses über einen kleinen Bereich der zu verschließenden Öffnung. Die Dichtigkeit selbst wird über einen kleinen Bereich gewährleistet, eine mechanische Führung kann ebenfalls dichtend sein, muss aber erst nach Abdichtung der Öffnung beim Einführen der Ver- oder Anschlusses dichten, oder diese Führung kann über eine Entlüftung verfügen, um jegliche mögliche Volumenverdrängung zu vermeiden.
Dabei sieht der bestimmungsgemäße Gebrauch so aus, dass der Ver- oder Anschluss in einen entsprechenden Fluidanschluss mit einer zu dichtenden Öffnung eingeführt wird und das System damit entweder verschließt oder über weitere Verbinder wie Schläuche, Kapillaren, Stahlkapillaren mit weiteren Systemen verbindet.
Eine beispielhafte Anwendung ist der Verschluss mikrofluidischer Systeme, die besonders sensibel auf das Verdrängen von bereits im System vorliegender Flüssigkeiten reagieren, da in den Kanalsystemen von mikrofluidischen Systemen nur kleinste Volumina gehandhabt werden, deren Volumen von dem durch Anschlüsse verdrängten Volumen bei weitem überschritten werden, so dass hier die erfindungsgemäßen An- und Verschlüsse einen besonderen Vorteil erzielen. Dabei sind die fluidischen Schnittstellen auf solchen mikrofluidischen Systemen häufige als Luer oder Mini Luer Anschlüsse ausgestaltet.
zeigt ein solches System mit den folgenden Komponenten:
Bezugszeichenliste

8: Mikrofluidisches System
9: Fluidanschlüsse am mikrofluidischen System
10: Eine Variante der erfindungsgemäßen Verschlüsse
11: Öffnung im fluidischen System
12: Dichtfläche des Verschlusses, die die Öffnung des fluidischen Systems abdichtet
13: Zweite Dichtfläche des Verschlusses, die auch zur mechanischen Führung genutzt werden kann und die ihre Dichtwirkung erst konstruktionsbedingt nach der Dichtung der Öffnung des fluidischen Systems den Verschluss erreicht.

Dabei zeigt den Querschnitt, 2b) die Aufsicht, 2c) eine schräge Ansicht und 2d) eine Detailansicht eines fluidischen Verschlusses in den Fluidanschlüssen eines fluidischen Systems.
Dabei kann die Vorrichtung folgendermaßen aufgebaut sein:

1. Anschluss oder Verschluss mit geringer Dichtfläche zur fluidischen Schnittstelle im zu verbindenden oder zu verschließenden System und Dichtfunktion in der Öffnung des fluidischen Systems. stellt einen solchen Verschluss und einen solchen Anschluss dar. Die , b, d, e zeigen Seitenansichten, Aufsicht einer möglichen Ausprägungsform eines solchen Verschlusses mit (12) Dichtfläche des Verschlusses zur Öffnung des fluidischen Systems und (13) Dichtfläche zum Fluidanschluss. Die , b, d, e zeigen Seitenansichten, Aufsicht einer möglichen Ausprägungsform eines solchen Anschlusses (14) mit (12) Dichtfläche des Anschlusses zur Öffnung des fluidischen Systems und (13) Dichtfläche zum Fluidanschluss des mikrofluidischen Systems und dem Verbindungskanal im erfindungsgemäßen Anschlusses (15).
2. Anschluss oder Verschluss mit geringer Dichtfläche zur fluidischen Schnittstelle als mechanische Fixierung im zu verbindenden oder zu verschließenden System, die nach der Dichtung durch den kleinen Bereich der in der zu verschließenden Öffnung dichtet.
3. Anschlüsse oder Verschlüsse wie unter 1 oder 2 beschrieben, für den Verschluss von Luer oder Mini Luer Anschlüssen in fluidischen Systemen und damit einer entsprechenden Ausgestaltung der An- oder Verschlüsse.
4. Anschlüsse oder Verschlüsse wie unter 1–3 beschrieben aus Kunststoffen.
5. Anschlüsse oder Verschlüsse wie unter 1–3 beschrieben aus Metallen.
6. Anschlüsse oder Verschlüsse wie unter 1–3 beschrieben aus mehr als einem Material wie integrierte Weichkomponenten oder Metallische Dichtungen.
7. Anschluss oder Verschluss mit ausschließlich mechanischer Führung in der fluidischen Schnittstelle im zu verbindenden oder zu verschließenden System und Dichtfunktion in der Öffnung des fluidischen Systems.
8. Anschlüsse oder Verschlüsse wie unter 7 beschrieben, für den Verschluss von Luer oder Mini Luer Anschlüssen in fluidischen Systemen und damit einer entsprechenden Ausgestaltung der An- oder Verschlüsse.
9. Anschlüsse oder Verschlüsse wie unter 7–8 beschrieben aus Kunststoffen.
10. Anschlüsse oder Verschlüsse wie unter 7–8 beschrieben aus Metallen.
11. Anschlüsse oder Verschlüsse wie unter 7–8 beschrieben aus mehr als einem Material wie integrierte Weichkomponenten oder Metallische Dichtungen.
12. Anschlüsse oder Verschlüsse wie unter 1–11 beschrieben mit mechanischer Führung im Fluidanschluss über einen Druckschluss.
13. Anschlüsse oder Verschlüsse wie unter 1–11 beschrieben mit mechanischer Führung über ein Gewinde. stellt einen solchen Verschluss und einen solchen Anschluss dar. Die , b, d, e zeigen Seitenansichten, Aufsicht einer möglichen Ausprägungsform eines solchen Verschlusses mit Gewinde (16), mit (12) Dichtfläche des Verschlusses zur Öffnung des fluidischen Systems und (17) Gewinde im Verschluss zur Fixierung im Fluidanschluss des mikrofluidischen Systems.
14. Anschlüsse und Verschlüsse wie unter 1–13 beschrieben ohne zusätzliche Dichtfläche.
15. Anschlüsse oder Verschlüsse wie unter 1–6 und 11–14 beschrieben mit Entlüftung im Teil des Anschlusses oder Verschlusses der die Aufgabe der mechanischen Führung des An- oder Verschlusses in der fluidischen Schnittstelle übernimmt. stellt einen solchen Verschluss dar. Die , b, d, e zeigen Seitenansichten, Aufsicht einer möglichen Ausprägungsform eines solchen Verschlusses mit Entlüftung (18) mit (12) Dichtfläche des Verschlusses zur Öffnung des fluidischen Systems sowie der Entlüftung (19). stellt eine weitere Ausprägungsform eines solchen Verschlusses dar. Die , b, d, e zeigen Seitenansichten, Aufsicht einer möglichen Ausprägungsform eines solchen Verschlusses mit Flügeln zur mechanischen Stabilisierung bzw. Führung (20), die Flügel selbst (21) und die (12) Dichtfläche des Verschlusses zur Öffnung des fluidischen Systems sowie der Entlüftung (19).
16. Anschlüsse oder Verschlüsse wie unter 1–15 beschrieben, speziell für den Einsatz in mikrofluidischen Systemen.
17. Anschlüsse oder Verschlüsse wie unter 1–16 beschrieben, die separat vom fluidischen System sind.
18. Anschlüsse oder Verschlüsse wie unter 1–16 beschrieben, die über einen Mechanismus an einem fluidischen System befestigt werden können. gibt einen Verschluss mit Verbindungslasche (22) als eine mögliche Ausführungsform an, wobei der Verschluss über Lasche mit dem fluidischen System verbunden werden kann. zeigt ein fluidisches System mit dem entsprechend verbundenem Verschluss bereits in dem Fluidanschluss des fluidischen Systems (23) und einmal nur mit dem fluidischen System verbunden (24). gibt eine weitere Ausführungsvariante eines an ein fluidisches Systems befestigbaren Verschlusses an (25). Dieser Verschluss wir nicht über eine Lasche, sondern flächig auf das fluidische System gegeben. zeigt ein fluidisches System mit dem entsprechenden Verschluss (26).
19. Anschlüsse oder Verschlüsse wie unter 1–16 die direkt an bzw. in ein fluidisches System integriert sind.
zeigt einen direkt an ein fluidisches System integrierten Verschluss (27).
20. Anschlüsse oder Verschlüsse wie unter 1–19 beschrieben, die mit mikrofluidischen Systemen genutzt werden.
21. Mikrofluidische Systeme mit Anschlüssen oder Verschlüssen wie in 1–20 beschrieben.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

microfluidic ChipShop Lab-on-a-Chip-Catalogue 06/2013 S. 68, Fig. 158, S. 69 Fig. 162, S. 73 Fig. 175, S. 73 Fig. 176 [0003]
microfluidic ChipShop Lab-on-a-Chip-Catalogue 06/2013 S. 73 Fig. 177 [0003]

Claims

Anschluss oder Verschluss mit geringer Dichtfläche zur fluidischen Schnittstelle im zu verbindenden oder zu verschließenden System und Dichtfunktion in der Öffnung des fluidischen Systems.
Anschluss oder Verschluss mit geringer Dichtfläche zur fluidischen Schnittstelle als mechanische Fixierung im zu verbindenden oder zu verschließenden System, die nach der Dichtung durch den kleinen Bereich der in der zu verschließenden Öffnung dichtet.
Anschlüsse oder Verschlüsse wie unter 1 oder 2 beschrieben, für den Verschluss von Luer oder Mini Luer Anschlüssen in fluidischen Systemen und damit einer entsprechenden Ausgestaltung der An- oder Verschlüsse.
Anschlüsse oder Verschlüsse wie unter 1–3 beschrieben aus Kunststoffen.
Anschlüsse oder Verschlüsse wie unter 1–3 beschrieben aus Metallen.
Anschlüsse oder Verschlüsse wie unter 1–3 beschrieben aus mehr als einem Material wie integrierte Weichkomponenten oder Metallische Dichtungen.
Anschluss oder Verschluss mit ausschließlich mechanischer Führung in der fluidischen Schnittstelle im zu verbindenden oder zu verschließenden System und Dichtfunktion in der Öffnung des fluidischen Systems.
Anschlüsse oder Verschlüsse wie unter 7 beschrieben, für den Verschluss von Luer oder Mini Luer Anschlüssen in fluidischen Systemen und damit einer entsprechenden Ausgestaltung der An- oder Verschlüsse.
Anschlüsse oder Verschlüsse wie unter 7–8 beschrieben aus Kunststoffen.
Anschlüsse oder Verschlüsse wie unter 7–8 beschrieben aus Metallen.
Anschlüsse oder Verschlüsse wie unter 7–8 beschrieben aus mehr als einem Material wie integrierte Weichkomponenten oder Metallische Dichtungen.
Anschlüsse oder Verschlüsse wie unter 1–11 beschrieben mit mechanischer Führung im Fluidanschluss über einen Druckschluss.
Anschlüsse oder Verschlüsse wie unter 1–11 beschrieben mit mechanischer Führung über ein Gewinde.
Anschlüsse und Verschlüsse wie unter 1–13 beschrieben ohne zusätzliche Dichtfläche.
Anschlüsse oder Verschlüsse wie unter 1–6 und 11–14 beschrieben mit Entlüftung im Teil des Anschlusses oder Verschlusses der die Aufgabe der mechanischen Führung des An- oder Verschlusses in der fluidischen Schnittstelle übernimmt.
Anschlüsse oder Verschlüsse wie unter 1–15 beschrieben, speziell für den Einsatz in mikrofluidischen Systemen.
Anschlüsse oder Verschlüsse wie unter 1–16 beschrieben, die separat vom fluidischen System sind.
Anschlüsse oder Verschlüsse wie unter 1–16 beschrieben, die über einen Mechanismus an einem fluidischen System befestigt werden können.
Anschlüsse oder Verschlüsse wie unter 1–16 die direkt an bzw. in ein fluidisches System integriert sind.
Anschlüsse oder Verschlüsse wie unter 1–19 beschrieben, die mit mikrofluidischen Systemen genutzt werden.
Mikrofluidische Systeme mit Anschlüssen oder Verschlüssen wie in 1–20 beschrieben.