DE102014221412A1 - Analysis unit for analyzing a fluid, analysis device, method for operating an analysis unit and method for producing an analysis unit - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Analyseeinheit (102) zum Analysieren eines Fluids. Die Analyseeinheit (102) umfasst ein Gehäuse (108), das zumindest eine erste Gehäuseöffnung (110) und eine zweite Gehäuseöffnung (112) aufweist. Ferner umfasst die Analyseeinheit (102) zumindest einen ersten Körper (114) und einen zweiten Körper (116) zum Aufnehmen des Fluids, wobei der erste Körper (114) und der zweite Körper (116) um eine Drehachse (118) und/oder in Richtung der Drehachse (118) relativ zueinander bewegbar in oder an dem Gehäuse (108) angeordnet sind. Der erste Körper (114) ist ausgebildet, um durch die erste Gehäuseöffnung (110) von einem um die Drehachse (118) und/oder in Richtung der Drehachse (118) bewegbaren ersten Antriebselement (104) um die Drehachse (118) und/oder in Richtung der Drehachse (118) bewegt zu werden. Der zweite Körper (116) ist ausgebildet, um durch die zweite Gehäuseöffnung (112) von einem um die Drehachse (118) und/oder in Richtung der Drehachse (118) bewegbaren zweiten Antriebselement (106) um die Drehachse (118) und/oder in Richtung der Drehachse (118) bewegt zu werden. Auf diese Weise können der erste Körper (114) und der zweite Körper (116) fluidisch miteinander gekoppelt werden.The invention relates to an analysis unit (102) for analyzing a fluid. The analysis unit (102) comprises a housing (108) having at least a first housing opening (110) and a second housing opening (112). Furthermore, the analysis unit (102) comprises at least a first body (114) and a second body (116) for receiving the fluid, wherein the first body (114) and the second body (116) about an axis of rotation (118) and / or in Direction of the axis of rotation (118) are arranged relative to each other movable in or on the housing (108). The first body (114) is configured to move about the rotational axis (118) and / or through the first housing opening (110) by a first drive element (104) which is movable about the rotation axis (118) and / or in the direction of the rotation axis (118) to be moved in the direction of the axis of rotation (118). The second body (116) is configured to move about the rotational axis (118) and / or through the second housing opening (112) by a second drive element (106) which is movable about the rotation axis (118) and / or in the direction of the rotation axis (118) to be moved in the direction of the axis of rotation (118). In this way, the first body (114) and the second body (116) can be fluidly coupled together.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Analyseeinheit zum Analysieren eines Fluids, auf eine Analysevorrichtung, auf einen Antriebselementhalter für eine Analysevorrichtung, auf ein Verfahren zum Betreiben einer Analyseeinheit, auf ein Verfahren zum Herstellen einer Analyseeinheit, auf ein entsprechendes Steuergerät sowie auf ein entsprechendes Computerprogramm.The present invention relates to an analysis unit for analyzing a fluid, to an analysis device, to a drive element holder for an analysis device, to a method for operating an analysis unit, to a method for producing an analysis unit, to a corresponding control device and to a corresponding computer program.
Die Durchführung biochemischer Prozesse basiert in der Regel auf der Handhabung von Flüssigkeiten. Die Flüssigkeiten können entweder manuell mit Hilfsmitteln wie beispielsweise Pipetten, Reaktionsgefäßen, aktiven Sondenoberflächen oder Laborgeräten oder zumindest teilweise automatisiert mithilfe von Pipettierrobotern oder Spezialgeräten gehandhabt werden.The implementation of biochemical processes is usually based on the handling of liquids. The liquids can be handled either manually with tools such as pipettes, reaction vessels, active probe surfaces or laboratory equipment, or at least partially automated using pipetting robots or special equipment.
Die
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Analyseeinheit zum Analysieren eines Fluids, eine Analysevorrichtung, ein Antriebselementhalter für eine Analysevorrichtung, ein Verfahren zum Betreiben einer Analyseeinheit, ein Verfahren zum Herstellen einer Analyseeinheit, weiterhin ein Steuergerät, das diese Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, with the approach presented here, an analysis unit for analyzing a fluid, an analysis device, a drive element holder for an analysis device, a method for operating an analysis unit, a method for producing an analysis unit, furthermore a control device which uses these methods, and finally a corresponding computer program according to the main claims presented. Advantageous embodiments emerge from the respective subclaims and the following description.
Der hier vorgeschlagene Ansatz schafft eine Analyseeinheit zum Analysieren eines Fluids, wobei die Analyseeinheit folgende Merkmale aufweist:
ein Gehäuse, das zumindest eine erste Gehäuseöffnung und eine zweite Gehäuseöffnung aufweist; und
zumindest einen ersten Körper und einen zweiten Körper zum Aufnehmen des Fluids, wobei der erste Körper und der zweite Körper um eine Drehachse und/oder in Richtung der Drehachse relativ zueinander bewegbar in und/oder an dem Gehäuse angeordnet sind, wobei der erste Körper ausgebildet ist, um durch die erste Gehäuseöffnung von einem um die Drehachse und/oder in Richtung der Drehachse bewegbaren ersten Antriebselement um die Drehachse und/oder in Richtung der Drehachse bewegt zu werden, und wobei der zweite Körper ausgebildet ist, um durch die zweite Gehäuseöffnung von einem um die Drehachse und/oder in Richtung der Drehachse bewegbaren zweiten Antriebselement um die Drehachse und/oder in Richtung der Drehachse bewegt zu werden, um den ersten Körper und den zweiten Körper fluidisch miteinander zu koppeln.The approach proposed here provides an analysis unit for analyzing a fluid, the analysis unit having the following features:
a housing having at least a first housing opening and a second housing opening; and
at least a first body and a second body for receiving the fluid, wherein the first body and the second body are arranged around a rotation axis and / or in the direction of the rotation axis relative to each other movable in and / or on the housing, wherein the first body is formed to be moved by the first housing opening from a about the axis of rotation and / or in the direction of the axis of rotation movable first drive member about the axis of rotation and / or in the direction of the axis of rotation, and wherein the second body is formed to pass through the second housing opening of a to be moved about the axis of rotation and / or in the direction of the axis of rotation movable second drive element about the axis of rotation and / or in the direction of the axis of rotation to fluidly couple the first body and the second body with each other.
Unter einer Analyseeinheit kann eine Einheit zur biochemischen Analyse eines Fluids verstanden werden. Ein Fluid kann eine Flüssigkeit oder ein Gas sein. Unter einem Gehäuse kann eine äußere Hülse der Analyseeinheit verstanden werden. Das Gehäuse kann beispielsweise als eine zylinderförmige Kartusche realisiert sein. Eine Gehäuseöffnung kann eine durchgehende Öffnung in dem Gehäuse sein. Alternativ kann unter einer Gehäuseöffnung auch ein Sackloch, d. h. eine Öffnung in einer Gehäuseoberfläche, verstanden werden. Unter einem Körper kann insbesondere ein rotationssymmetrischer Körper, etwa ein Revolver oder eine Trommel, verstanden werden. Die beiden Körper können beispielsweise um 30, 60, 90, 180, 270 oder 360 Grad um die Drehachse verdrehbar sein. Dabei können die Körper sowohl im als auch gegen den Uhrzeigersinn verdrehbar sein. Die Körper können mit verschiedenen Kavitäten und Kanälen zum Aufnehmen bzw. Transportieren des Fluids ausgeführt sein. Beispielsweise können die Körper in dem Gehäuse übereinandergestapelt sein und koaxial zur Drehachse ausgerichtet sein. Dabei kann das Gehäuse zur axialen Führung der Körper dienen. Die Drehachse kann jeweils einer Mittelachse der Körper entsprechen. Gleichzeitig kann die Drehachse einer Längsachse des Gehäuses entsprechen. Unter einem Antriebselement kann ein von der Analyseeinheit separates oder separierbares Element wie etwa ein Stößel verstanden werden, das an den jeweiligen Gehäuseöffnungen der Analyseeinheit um die Drehachse bzw. in Richtung der Drehachse bewegbar angeordnet werden kann. Je nach Ausführungsform können die Antriebselemente und die Körper durch die jeweiligen Gehäuseöffnungen form-, kraft- oder stoffschlüssig miteinander verbindbar bzw. verbunden sein. Indem die Körper relativ zueinander verdreht werden, können beispielsweise die jeweiligen Kavitäten oder Kanäle der Körper miteinander in Deckung gebracht werden. Durch ein Verschieben der Körper können die Körper fluidisch miteinander verbunden werden. Auf diese Weise kann das Fluid zwischen den jeweiligen Kavitäten oder Kanälen der beiden Körper strömen.An analysis unit can be understood as a unit for the biochemical analysis of a fluid. A fluid may be a liquid or a gas. Under a housing, an outer sleeve of the analysis unit can be understood. The housing can be realized, for example, as a cylindrical cartridge. A housing opening may be a through opening in the housing. Alternatively, under a housing opening and a blind hole, d. H. an opening in a housing surface. Under a body, in particular, a rotationally symmetrical body, such as a revolver or a drum can be understood. The two bodies can, for example, be rotated about the axis of rotation by 30, 60, 90, 180, 270 or 360 degrees. The bodies can be rotated both clockwise and anticlockwise. The bodies can be designed with different cavities and channels for receiving or transporting the fluid. For example, the bodies may be stacked in the housing and aligned coaxially with the axis of rotation. In this case, the housing can serve for the axial guidance of the body. The axis of rotation can each correspond to a central axis of the body. At the same time, the axis of rotation can correspond to a longitudinal axis of the housing. A drive element can be understood to be a separate or separable element from the analysis unit, such as a plunger, which can be arranged to be movable on the respective housing openings of the analysis unit about the axis of rotation or in the direction of the axis of rotation. Depending on the embodiment, the drive elements and the body by the respective housing openings form, force or cohesively be connected or connected to each other. By rotating the bodies relative to each other, for example, the respective cavities or channels of the bodies can be brought into coincidence with each other. By moving the body, the bodies can be fluidly connected to each other. In this way, the fluid can flow between the respective cavities or channels of the two bodies.
Der hier vorgestellte Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass es möglich ist, einen Fluidstrom innerhalb einer Kartusche zur biochemischen Prozessierung von Fluiden zu steuern, indem einzelne Prozessierungseinheiten der Kartusche von außen bzw. außerhalb des Gehäuses mittels unabhängig voneinander verdreh- und verschiebbarer Hilfsmittel relativ zueinander verdreht und verschoben werden. Eine solche externe Verstellung der Prozessierungseinheiten lässt sich mit wenigen, einfach herzustellenden Bauteilen sehr kostengünstig realisieren. Komplizierte und entsprechend teure Verstellmechanismen innerhalb der Kartusche können somit entfallen.The approach presented here is based on the recognition that it is possible to control a fluid flow within a cartridge for the biochemical processing of fluids by individual cartridge processing units from the outside or outside of the housing by means of independently rotatable and displaceable tools relative to each other and be moved. A Such external adjustment of the processing units can be realized very cost-effectively with a few components that are easy to produce. Complicated and correspondingly expensive adjusting mechanisms within the cartridge can thus be dispensed with.
Sogenannte Lab-on-a-chip-Systeme, auch Westentaschen- oder Chiplabors genannt, sind mikrofluidische Systeme, durch die eine gesamte Funktionalität eines makroskopischen Labors auf einem etwa plastikkartengroßen Kunststoffsubstrat untergebracht werden kann. Lab-on-a-chip-Systeme weisen typischerweise zwei Hauptkomponenten auf. Ein Testträger oder eine Einwegkartusche kann Strukturen und Mechanismen zur Umsetzung fluidischer Grundoperationen, etwa Mischer, umfassen, die passive Komponenten wie Kanäle, Reaktionskammern, vorgelagerte Reagenzien oder auch aktive Komponenten wie Ventile oder Pumpen aufweisen können. Eine zweite Hauptkomponente kann Aktuations-, Detektions- und Steuereinheiten umfassen. Mittels solcher Systeme können biochemische Prozesse voll automatisiert durchgeführt werden.So-called lab-on-a-chip systems, also known as vest pocket or chip laboratories, are microfluidic systems, by means of which all the functionality of a macroscopic laboratory can be accommodated on a plastic card-sized plastic substrate. Lab-on-a-chip systems typically have two major components. A test carrier or disposable cartridge may include structures and mechanisms for performing basic fluidic operations, such as mixers, which may include passive components such as channels, reaction chambers, upstream reagents, or even active components such as valves or pumps. A second major component may include actuation, detection and control units. By means of such systems biochemical processes can be fully automated.
Prinzipiell lassen sich die Systeme in zwei Kategorien unterscheiden. Zum einen sind Pipettierroboter bekannt, mit deren Hilfe Flüssigkeiten mittels Pipetten präzise abgemessen und in verschiedene funktionale Reaktionsgefäße überführt werden können. Für die Prozessierung können weitere Komponenten wie beispielsweise Zentrifugen eingesetzt werden. Zum anderen existieren kartuschenbasierte Systeme, in denen die Flüssigkeiten typischerweise in einem Spezialgerät innerhalb einer Kartusche prozessiert werden können.In principle, the systems can be divided into two categories. On the one hand, pipetting robots are known, with the help of which liquids can be precisely measured by means of pipettes and transferred into various functional reaction vessels. For processing other components such as centrifuges can be used. On the other hand, there are cartridge-based systems in which the liquids can typically be processed in a special device within a cartridge.
Derzeitige Lab-on-a-chip-Systeme bestehen meist aus flachen plastikkartengroßen Kunststoffkartuschen. In diesen Kartuschen kann eine komplette biochemische Prozesskette abgebildet werden, d. h., Flüssigkeiten werden beispielsweise abgemessen, gemischt und sequenziell nacheinander in Kammern geleitet. Dabei können die Flüssigkeiten durch Ventile, Schalter oder Pumpen aktiv gesteuert werden.Current lab-on-a-chip systems usually consist of flat plastic card-sized plastic cartridges. In these cartridges, a complete biochemical process chain can be mapped, d. For example, liquids are measured, mixed and passed sequentially sequentially into chambers. The liquids can be actively controlled by valves, switches or pumps.
Der hier vorgestellte Ansatz ermöglicht es nun, Flüssigkeiten stationär mechanisch, d. h. nicht beweglich, z. B. zentrifugal, zu prozessieren, beispielsweise zur Aufreinigung von Nukleinsäuren und Proteinen.The approach presented here now allows fluids to be mechanically stationary, d. H. not movable, z. As centrifugal to process, for example, for the purification of nucleic acids and proteins.
Dies hat den Vorteil, dass zur Prozessierung erforderliche Bauteile im Vergleich zu herkömmlichen kartuschenbasierten Lab-on-a-chip-Systemen weniger komplex und daher deutlich günstiger hergestellt werden können. So kann beispielsweise auf die Verwendung von Federn verzichtet werden. This has the advantage that components required for processing can be made less complex and therefore significantly cheaper compared to conventional cartridge-based lab-on-a-chip systems. For example, it is possible to dispense with the use of springs.
Der hier vorgestellte Ansatz ermöglicht ferner eine Prozessierung ohne externe Anschlüsse.The approach presented here also allows processing without external connections.
Gemäß einer Ausführungsform können das Gehäuse und der zweite Körper einteilig ausgeführt sind. Dadurch kann die Analyseeinheit insgesamt mit weniger Bauteilen und somit besonders kostengünstig hergestellt werden.According to one embodiment, the housing and the second body can be made in one piece. As a result, the analysis unit can be produced overall with fewer components and thus particularly cost-effectively.
Die Analyseeinheit kann mit zumindest einem Dichtelement vorgesehen sein, das zwischen dem ersten Körper und dem zweiten Körper angeordnet ist. Ein Dichtelement kann beispielsweise ein O-Ring oder eine Lippe aus einem fluiddichten, flexiblen Material sein. Durch das Dichtelement kann verhindert werden, dass das Fluid über einen Spalt zwischen dem ersten und dem zweiten Körper in einen Innenraum des Gehäuses entweicht.The analysis unit may be provided with at least one sealing element which is arranged between the first body and the second body. A sealing element may for example be an O-ring or a lip of a fluid-tight, flexible material. By the sealing element can be prevented that the fluid escapes through a gap between the first and the second body in an interior of the housing.
Es ist vorteilhaft, wenn der erste Körper zumindest ein erstes Aufnahmeelement zum Aufnehmen des Antriebselements aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Körper zumindest ein zweites Aufnahmeelement zum Aufnehmen des zweiten Antriebselements aufweisen. Unter einem Aufnahmeelement kann ein Element mit einer Kontur verstanden werden, die mit einer entsprechend geformten Gegenkontur eines jeweiligen Antriebselements formschlüssig verbindbar ist. Dadurch kann der erste bzw. zweite Körper mit geringem Fertigungsaufwand mechanisch mit dem ersten bzw. zweiten Antriebselement gekoppelt werden.It is advantageous if the first body has at least one first receiving element for receiving the drive element. Alternatively or additionally, the second body may have at least one second receiving element for receiving the second drive element. A receiving element can be understood as meaning an element having a contour which can be positively connected to a correspondingly shaped mating contour of a respective drive element. As a result, the first or second body can be coupled mechanically with little effort to the first and second drive element.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Analyseeinheit zumindest einen dritten Körper zum Aufnehmen des Fluids aufweisen. Der dritte Körper kann verdrehfest in dem Gehäuse angeordnet und ausgebildet sein, um durch ein Bewegen des ersten Körpers um die Drehachse oder in Richtung der Drehachse mit dem ersten Körper fluidisch gekoppelt zu werden. Zusätzlich oder alternativ kann der dritte Körper ausgebildet sein, um durch ein Bewegen des zweiten Körpers um die Drehachse bzw. in Richtung der Drehachse mit dem zweiten Körper fluidisch gekoppelt zu werden. Mithilfe des dritten Körpers lässt sich mit nur geringem Zusatzaufwand die Anzahl der in der Analyseeinheit durchführbaren Prozessschritte erhöhen. Durch eine verdrehfeste Fixierung des dritten Körpers kann eine unkontrollierte relative Verdrehung der Körper verhindert werden.According to a further embodiment, the analysis unit may comprise at least one third body for receiving the fluid. The third body may be rotationally disposed in the housing and configured to be fluidly coupled to the first body by moving the first body about the axis of rotation or in the direction of the axis of rotation. Additionally or alternatively, the third body may be configured to be fluidically coupled by moving the second body about the axis of rotation or in the direction of the axis of rotation with the second body. With the help of the third body, the number of process steps that can be carried out in the analysis unit can be increased with only a small additional outlay. By a rotationally fixed fixation of the third body, an uncontrolled relative rotation of the body can be prevented.
Der dritte Körper kann zwischen dem ersten Körper und dem zweiten Körper angeordnet sein. Alternativ kann der zweite Körper zwischen dem ersten Körper und dem dritten Körper angeordnet sein. Insbesondere kann im letzten Fall der erste Körper verdrehfest in dem Gehäuse angeordnet sein. Beispielsweise kann der dritte Körper koaxial zur Drehachse angeordnet sein. Dadurch lässt sich die Analyseeinheit besonders kompakt ausführen. Durch die flexible Anordnung der Körper in dem Gehäuse kann die Analyseeinheit an unterschiedliche Anwendungen angepasst werden.The third body may be disposed between the first body and the second body. Alternatively, the second body may be disposed between the first body and the third body. In particular, in the latter case, the first body may be arranged rotationally fixed in the housing. For example, the third body may be arranged coaxially to the axis of rotation. As a result, the analysis unit can be made particularly compact. By the flexible arrangement of the body in the housing, the analysis unit can be adapted to different applications.
Vorteilhafterweise kann die Analyseeinheit mit zumindest einem Rastelement vorgesehen sein. Das Rastelement kann an einer Innenwandfläche des Gehäuses ausgeformt sein, um den ersten Körper und, alternativ oder zusätzlich, den dritten Körper verdrehfest in dem Gehäuse zu fixieren. Das Rastelement kann beispielsweise ein Vorsprung oder eine Vertiefung sein. Je nach Ausführungsform kann das Rastelement ausgeformt sein, um in den ersten bzw. dritten Körper form- oder kraftschlüssig einzugreifen. Alternativ oder zusätzlich zu dem Rastelement können der erste bzw. dritte Körper stoffschlüssig, etwa mittels Kleben oder Schweißen, mit dem Gehäuse verbunden sein. Mithilfe des Rastelements ist eine präzise Positionierung des ersten bzw. dritten Körpers in dem Gehäuse gewährleistet.Advantageously, the analysis unit can be provided with at least one latching element. The latching element may be formed on an inner wall surface of the housing to fix the first body and, alternatively or additionally, the third body rotationally fixed in the housing. The locking element may for example be a projection or a recess. Depending on the embodiment, the latching element may be formed to positively or non-positively engage in the first and third body. As an alternative or in addition to the latching element, the first or third body can be connected to the housing in a material-locking manner, for example by means of gluing or welding. By means of the locking element precise positioning of the first and third body is ensured in the housing.
Der vorliegende Ansatz schafft ferner eine Analysevorrichtung mit folgenden Merkmalen:
einer Analyseeinheit gemäß einer der hier beschriebenen Ausführungsformen;
einem um die Drehachse und/oder in Richtung der Drehachse bewegbaren ersten Antriebselement, das ausgebildet ist, um den ersten Körper durch die erste Gehäuseöffnung um die Drehachse und/oder in Richtung der Drehachse zu bewegen; und
einem um die Drehachse und/oder in Richtung der Drehachse bewegbaren zweiten Antriebselement, das ausgebildet ist, um den zweiten Körper durch die zweite Gehäuseöffnung um die Drehachse und/oder in Richtung der Drehachse zu bewegen.The present approach also provides an analysis device having the following features:
an analysis unit according to one of the embodiments described herein;
a first drive element which is movable about the rotation axis and / or in the direction of the rotation axis and which is designed to move the first body through the first housing opening about the rotation axis and / or in the direction of the rotation axis; and
a second drive element which is movable about the rotation axis and / or in the direction of the rotation axis and which is designed to move the second body through the second housing opening about the rotation axis and / or in the direction of the rotation axis.
Vorteilhafterweise kann die Analysevorrichtung ohne Zentrifuge betrieben werden. Dadurch wird im Unterschied zur zentrifugalen Prozessierung, bei der in der Regel nur die Rotationsfrequenz kontrolliert wird, eine flexible Kontrolle verschiedener Prozessparameter ermöglicht, etwa zur Durchführung einer Polymerasekettenreaktion, kurz PCR, wo die Temperaturen schnell und zyklisch, beispielsweise von 94 °C auf 54 °C und 72 °C angepasst werden.Advantageously, the analyzer can be operated without a centrifuge. As a result, in contrast to centrifugal processing, in which usually only the rotational frequency is controlled, a flexible control of various process parameters possible, such as to carry out a polymerase chain reaction, short PCR, where the temperatures are fast and cyclical, for example, from 94 ° C to 54 ° C and 72 ° C are adjusted.
Somit können sehr flexibel weitere Komponenten wie etwa elektrische Detektionsmethoden integriert werden. Beispielsweise kann eine elektrische Kontaktierung sehr einfach über Kabel zu einer Monitoring- oder Auswerteeinheit realisiert werden.This means that other components such as electrical detection methods can be integrated very flexibly. For example, an electrical contact can be easily realized via cable to a monitoring or evaluation.
Es ist ferner vorteilhaft, wenn das erste Antriebselement zumindest ein erstes Greifelement zum formschlüssigen Greifen des ersten Aufnahmeelements aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann das zweite Antriebselement zumindest ein zweites Greifelement zum formschlüssigen Greifen des zweiten Aufnahmeelements aufweisen. Dabei kann zumindest das erste Antriebselement zumindest einen Druckkanal aufweisen, der ausgeformt ist, um durch ein Bewegen des ersten Antriebselements um die Drehachse und, alternativ oder zusätzlich, in Richtung der Drehachse mit einem Druckanschluss des ersten Körpers fluidisch gekoppelt zu werden. Das Greifelement kann ausgeformt sein, um (beispielsweise formschlüssig) in das Aufnahmeelement des jeweiligen Körpers einzugreifen und/oder dieses (beispielsweise formschlüssig) zu umgreifen. Beispielsweise kann es sich bei dem Greifelement um einen Zapfen, einen Haken, eine Öse oder ein sonstiges dem Fachmann geläufiges Element zum Herstellen eines Formschlusses handeln. Mittels der Greifelemente lässt sich mit geringem Aufwand eine zuverlässige mechanische Kopplung der Antriebselemente und der Körper realisieren. Dadurch, dass der Druck über das Antriebselement an den Druckanschluss angelegt werden kann, können zusätzliche externe Anschlüsse entfallen.It is also advantageous if the first drive element has at least one first gripping element for the form-locking gripping of the first receiving element. Alternatively or additionally, the second drive element may have at least one second gripping element for the form-locking gripping of the second receiving element. In this case, at least the first drive element may have at least one pressure channel which is shaped to be fluidically coupled by moving the first drive element about the axis of rotation and, alternatively or additionally, in the direction of the axis of rotation with a pressure port of the first body. The gripping element may be formed to engage (for example, form-fitting) in the receiving element of the respective body and / or to embrace this (for example, form-fitting). For example, the gripping element may be a pin, a hook, an eyelet or any other element familiar to a person skilled in the art for producing a positive connection. By means of the gripping elements can be realized with little effort, a reliable mechanical coupling of the drive elements and the body. The fact that the pressure can be applied via the drive element to the pressure port, additional external connections can be omitted.
Ferner schafft der hier vorgestellte Ansatz einen Antriebselementhalter für eine Analysevorrichtung gemäß einer der hier beschriebenen Ausführungsformen. Der Antriebselementhalter kann ausgebildet sein, um das erste Antriebselement und das zweite Antriebselement während eines Betriebs der Analysevorrichtung zu halten. Alternativ oder zusätzlich kann der Antriebselementhalter ausgebildet sein, um die beiden Antriebselemente um die Drehachse bzw. in Richtung der Drehachse zu bewegen. Unter einem Antriebselementhalter kann eine Vorrichtung mit Einheiten zum Greifen, Positionieren bzw. Antreiben der Antriebselemente verstanden werden. Beispielsweise können die Antriebselemente jeweils Teil eines verstellbaren Haltearms sein und drehbar an den Haltearmen angeordnet sein. Der Antriebselementhalter kann ausgebildet sein, um einen vertikalen oder horizontalen Abstand zwischen den Antriebselementen zu verändern. Dadurch lässt sich der Antriebselementhalter mit Analyseeinheiten unterschiedlichster Abmessungen verwenden. Furthermore, the approach presented here creates a drive element holder for an analysis device according to one of the embodiments described here. The drive member holder may be configured to hold the first drive element and the second drive element during operation of the analysis device. Alternatively or additionally, the drive element holder may be designed to move the two drive elements about the axis of rotation or in the direction of the axis of rotation. A drive element holder can be understood to mean a device with units for gripping, positioning or driving the drive elements. For example, the drive elements may each be part of an adjustable support arm and rotatably mounted on the support arms. The drive member holder may be configured to vary a vertical or horizontal distance between the drive elements. As a result, the drive element holder can be used with analysis units of very different dimensions.
Der vorgeschlagene Ansatz schafft zudem ein Verfahren zum Betreiben einer Analyseeinheit gemäß einer der hier beschriebenen Ausführungsformen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Bereitstellen der Analyseeinheit; und
Bewegen des ersten Körpers mittels des ersten Antriebselements um die Drehachse und/oder in Richtung der Drehachse und Bewegen des zweiten Körpers mittels des zweiten Antriebselements um die Drehachse und/oder in Richtung der Drehachse, um den ersten Körper und den zweiten Körper fluidisch miteinander zu koppeln.The proposed approach also provides a method of operating an analysis unit according to one of the embodiments described herein, the method comprising the steps of:
Providing the analysis unit; and
Moving the first body by means of the first drive element about the axis of rotation and / or in the direction of the axis of rotation and moving the second body by means of the second drive element about the axis of rotation and / or in the direction of the axis of rotation to fluidly couple the first body and the second body together ,
Ein solches Verfahren ermöglicht die Positionierung und das fluidische Koppeln von Kavitäten mit nicht komplexen Strukturen. Dadurch kann eine kosteneffiziente mechanische Prozessierung realisiert werden.Such a method enables the positioning and fluidic coupling of cavities with non-complex structures. As a result, a cost-efficient mechanical processing can be realized.
Des Weiteren schafft der vorgestellte Ansatz ein Verfahren zum Herstellen einer Analyseeinheit zum Analysieren eines Fluids, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Bereitstellen eines Gehäuses, das zumindest eine erste Gehäuseöffnung und eine zweite Gehäuseöffnung aufweist, sowie eines ersten Körpers und eines zweiten Körpers zum Aufnehmen des Fluids; und
Einbringen des ersten Körpers und des zweiten Körpers in das Gehäuse, wobei der erste Körper und der zweite Körper um eine Drehachse und/oder in Richtung der Drehachse relativ zueinander bewegbar in dem Gehäuse angeordnet werden, wobei der erste Körper ausgebildet ist, um durch die erste Gehäuseöffnung von einem um die Drehachse und/oder in Richtung der Drehachse bewegbaren ersten Antriebselement um die Drehachse und/oder in Richtung der Drehachse bewegt zu werden, und wobei der zweite Körper ausgebildet ist, um durch die zweite Gehäuseöffnung von einem um die Drehachse und/oder in Richtung der Drehachse bewegbaren zweiten Antriebselement um die Drehachse und/oder in Richtung der Drehachse bewegt zu werden, um den ersten Körper und den zweiten Körper fluidisch miteinander zu koppeln. Furthermore, the presented approach provides a method for producing an analysis unit for analyzing a fluid, the method comprising the following steps:
Providing a housing having at least a first housing opening and a second housing opening, and a first body and a second body for receiving the fluid; and
Inserting the first body and the second body into the housing, wherein the first body and the second body are disposed about a rotation axis and / or in the direction of the rotation axis relative to each other movable in the housing, wherein the first body is formed to pass through the first Housing opening of a about the axis of rotation and / or in the direction of the axis of rotation movable first drive member to be moved about the axis of rotation and / or in the direction of the axis of rotation, and wherein the second body is adapted to move through the second housing opening from one about the axis of rotation and / or in the direction of the axis of rotation movable second drive element to be moved about the axis of rotation and / or in the direction of the axis of rotation to fluidly couple the first body and the second body with each other.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden. The approach presented here also creates a control unit which is designed to execute, to control or to implement the steps of a variant of a method presented here in corresponding devices. Also by this embodiment of the invention in the form of a control device, the object underlying the invention can be achieved quickly and efficiently.
Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.In the present case, a control device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon. The control unit may have an interface, which may be formed in hardware and / or software. In the case of a hardware-based design, the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains various functions of the control unit. However, it is also possible that the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In a software training, the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.Also of advantage is a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above is used, especially when the program product or program is executed on a computer or a device.
Der hier vorgestellte Ansatz wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The approach presented here will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Show it:
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of favorable embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similar acting, with a repeated description of these elements is omitted.
In dem Gehäuse
Die beiden Antriebselemente
Beispielhaft weisen die Antriebselemente
Das erste Antriebselement
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das erste Antriebselement
Alternativ sind das Gehäuse
Die
Eine Innenwandfläche des Gehäuses
Die Analyseeinheit
Beispielhaft ist das erste Antriebselement
Analog dazu ist das zweite Antriebselement
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein der ersten Gehäuseöffnung
Alternativ können der dritte Körper
In
In gleicher Weise wird der zweite Körper
In den
Der zweite Körper
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Dichtelemente
Der dritte Körper
Das erste Antriebselement
Die zweite Gehäuseöffnung
Das erste Antriebselement
Die Körper
Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Analysevorrichtung zur mechanischen Aktuierung eines Fluidik-Tubes, auch Analyseeinheit genannt, anhand der
Wird eine Kraft F1, F2 parallel zur Drehachse
Zum Drehen der Körper
In
Die Analysevorrichtung
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Analysevorrichtung
Gemäß dem in
Zur Kopplung bzw. räumlichen Positionierung der Körper
Die mechanische Aktuation der Analyseeinheit
Als Materialien für Gehäuse
In
Das Spritzenprinzip kann beispielsweise durch einen Kolben zum Verdrängen von Gasen oder Flüssigkeiten realisiert sein. Dabei ist der Kolben so ausgelegt, dass sein Querschnitt kleiner ist als ein kleinster Kavitätenquerschnitt im ersten Körper
Jede der Kammern
Das Deckelsegment kann aus thermoplastischen Materialien bestehen oder einen thermoplastischen Kern besitzen und eine äußere Abdichtung ähnlich einem Dichtring aus Elastomeren oder thermoplastischen Elastomeren aufweisen. Ferner kann das Deckelsegment an seiner Oberfläche eine Stützstruktur aufweisen, in die der innere Kolben eintaucht, wodurch ein Verkanten des Deckelsegments beim Bewegen in den Kammern
Somit lassen sich Flüssigkeiten, die in den Kammern
Der Gasfluss wird durch eine Geschwindigkeit, mit der der Kolben ausgelenkt wird, kontrolliert. Alternativ kann der Gasfluss über Auslassöffnungen einer Kammer über den fluidischen Widerstand und den Aufbau einer Kapazität durch Kompression des Gasvolumens gesteuert werden. So kann der Gasfluss beispielsweise zum Trocknen eines Filters, etwa der Membran
Alternativ ist in den ersten Körper
Anstelle des Spritzenprinzips kann die Prozessierung der Flüssigkeiten auch unter Verwendung von Druckluft oder Gasluft durchgeführt werden.Instead of the syringe principle, the processing of the liquids can also be carried out using compressed air or gas.
In die Analyseeinheit
In
Die Heizelemente und die optische Ausleseeinheit können in dem Antriebselementhalter
Die Analyseeinheit
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. The embodiments described and shown in the figures are chosen only by way of example. Different embodiments may be combined together or in relation to individual features. Also, an embodiment can be supplemented by features of another embodiment.
Ferner können die hier vorgestellten Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Furthermore, the method steps presented here can be repeated as well as executed in a sequence other than that described.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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