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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein mikrofluidisches Dichtelement, mikrofluidische Dichtanordnungen sowie ein Probentrenngerät.
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In einer HPLC wird typischerweise eine Flüssigkeit (mobile Phase) bei einer sehr genau kontrollierten Flussrate (zum Beispiel im Bereich von Mikrolitern bis Millilitern pro Minute) und bei einem hohen Druck (typischerweise 20 bis 1000 bar und darüber hinausgehend, derzeit bis zu 2000 bar), bei dem die Kompressibilität der Flüssigkeit spürbar sein kann, durch eine sogenannte stationäre Phase (zum Beispiel in einer chromatografischen Säule), bewegt, um einzelne Komponenten einer in die mobile Phase eingebrachten Probenflüssigkeit voneinander zu trennen. Ein solches HPLC-System ist bekannt zum Beispiel aus der
EP 0,309,596 B1 derselben Anmelderin, Agilent Technologies, Inc.
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Das Gebiet der Probentrenngeräte ist einem Trend zur fortgesetzten Miniaturisierung ausgesetzt. Wenn die Dimensionen und Flussraten sinken, greifen herkömmliche Techniken nicht mehr ohne Weiteres.
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An vielen Stellen eines mikrofluidischen Systems, wie zum Beispiel eines Probentrenngeräts, sind unterschiedliche fluidische Komponenten miteinander fluidisch zu koppeln. Hierbei ist eine fluiddichte Kopplung oft unter hohen Drücken von hunderten oder mehr bar erforderlich. Dies stellt eine Herausforderung dar. Herkömmlich werden relativ aufwendige Swagelok-Verbindungen verwendet, die bei fortgesetzter Miniaturisierung an ihre Grenzen stoßen.
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OFFENBARUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine fluiddichte Kopplung unterschiedlicher Komponenten eines mikrofluidischen System mit geringem Aufwand zu ermöglichen. Die Aufgabe wird mittels der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen gezeigt. Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein mikrofluidisches Dichtelement (insbesondere ein Dichtelement, das bei Flussraten von höchstens 100 µl/min, weiter insbesondere höchstens 10 µl/min, arbeitet) zum fluiddichten (insbesondere flüssigkeitsdichten) Verbinden eines ersten Fluidpfads in einer Planarstruktur (insbesondere einer fluidischen Laminatstruktur, weiter insbesondere mit einer im Wesentlichen ebenen Grenzfläche oder Dichtfläche) mit einem zweiten Fluidpfad in einem anzuschließenden Fluidbauteil geschaffen, wobei das Dichtelement ein Dichtplättchen (insbesondere eine Dichtscheibe), das ausgebildet ist, direkt (das heißt ohne dazwischen angeordnete weitere Strukturen) zwischen der Planarstruktur und dem Fluidbauteil fluiddicht verpresst zu werden, und ein Durchgangsloch in dem Dichtplättchen aufweist, das im dichtenden Zustand den ersten Fluidpfad und den zweiten Fluidpfad fluidisch koppelt.
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Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel ist eine mikrofluidische Dichtanordnung (insbesondere eine Dichtanordnung, die bei Flussraten von höchstens 100 µl/min, weiter insbesondere höchstens 10 µl/min, arbeitet) geschaffen, die eine Planarstruktur, die einen ersten Fluidpfad definiert, ein Fluidbauteil (zum Beispiel eine weitere Planarstruktur oder ein dreidimensional geformtes Fluidbauteil), das einen zweiten Fluidpfad definiert, und ein mikrofluidisches Dichtelement mit den oben beschriebenen Merkmalen aufweist, das zum fluiddichten Verbinden des ersten Fluidpfads mit dem zweiten Fluidpfad zwischen der Planarstruktur und dem Fluidbauteil verpressbar oder verpresst ist.
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Gemäß noch einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel ist eine mikrofluidische Dichtanordnung bereitgestellt, die eine erste Planarstruktur, die einen ersten Fluidpfad definiert, und eine zweite Planarstruktur aufweist, die einen zweiten Fluidpfad definiert, wobei die erste Planarstruktur und die zweite Planarstruktur jeweils ein Metall aufweist oder daraus besteht, und wobei die erste Planarstruktur und die zweite Planarstruktur zum fluiddichten (insbesondere flüssigkeitsdichten) Verbinden des ersten Fluidpfads mit dem zweiten Fluidpfad direkt (d.h. ohne dazwischen angeordnete Komponenten, weiter insbesondere unter Ausbildung einer Metall-Metall-Kopplung) miteinander verpressbar oder verpresst sind.
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Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel ist ein Probentrenngerät zum Trennen einer fluidischen Probe bereitgestellt, wobei das Probentrenngerät einen Fluidantrieb zum Antreiben der in einer mobilen Phase befindlichen fluidischen Probe, eine Probentrenneinrichtung zum Trennen der in der mobilen Phase befindlichen fluidischen Probe und mindestens ein mikrofluidisches Dichtelement mit den oben beschriebenen Merkmalen und/oder mindestens eine mikrofluidische Dichtanordnung mit den oben beschriebenen Merkmalen zum Ausbilden einer fluiddichten Kopplung entlang eines Flusspfades des Probentrenngeräts aufweist.
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Gemäß einem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine einfache Dichtanordnung für mikrofluidische Anwendungen bereitgestellt, bei der eine Planarstruktur (insbesondere aus Metall) mittels eines dünnen Dichtplättchens (insbesondere aus Kunststoff) mit einem anderen Fluidbauteil fluiddicht verbunden wird. Überraschenderweise bietet das beschriebene, sehr einfache Konzept auch bei hohen und höchsten Drücken (insbesondere im Bereich von einigen 100 bar bis über 1000 bar) eine im Wesentlichen oder sogar vollständig leckagefreie Dichtverbindung aus. Ohne an eine Theorie gebunden werden zu wollen, wird gegenwärtig davon ausgegangen, dass sich das Material des Dichtplättchens zwischen die beiden einander gepressten Strukturen schmiegt, dabei elastisch und/oder plastisch verformt wird und auf diese Weise eine fluiddichte Verbindung ausbildet, ohne selbst wegzufließen. Anschaulich kann gemäß einem solchen Ausführungsbeispiel eine Kunststoffscheibe mit einem Loch vorgesehen werden, die sich unter Druck zwischen zwei zu dichtenden Flächen (insbesondere Metallflächen) verformt und sich an die Flächen dichtend anschmiegt.
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Gemäß einem zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine einfache Dichtanordnung für mikrofluidische Anwendungen bereitgestellt, bei der eine Planarstruktur (insbesondere aus Metall) ohne dazwischenliegendes Material mit einer anderen Planarstruktur (insbesondere aus Metall) fluiddicht verbunden wird. Überraschenderweise bietet das beschriebene, sehr einfache Konzept auch bei hohen und höchsten Drücken (insbesondere im Bereich von einigen 100 bar bis über 1000 bar) eine im Wesentlichen oder sogar vollständig leckagefreie Dichtverbindung aus. Ohne an eine Theorie gebunden werden zu wollen, wird gegenwärtig davon ausgegangen, dass sich das Material der direkt aneinander anliegenden Planarstrukturen dabei elastisch und/oder plastisch verformt und auf diese Weise eine fluiddichte Verbindung ausbildet, ohne selbst wegzufließen. Anschaulich kann gemäß einem solchen Ausführungsbeispiel eine direkte Verbindung zwischen zwei (insbesondere metallischen) Planarstrukturen mit Loch ausgebildet werden, die sich unter Druck unmittelbar dichtend aneinander anschmiegen.
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Im Weiteren werden zusätzliche Ausgestaltungen des mikrofluidischen Dichtelements, der mikrofluidischen Dichtanordnungen sowie des Probentrenngeräts beschrieben.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Dichtplättchen aus Kunststoff hergestellt sein, insbesondere zumindest ein Material aus der Gruppe aufweist, die besteht aus Polyaryletherketon (PAEK), Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherketon (PEK), Polyetherketonketon (PEKK) und Polyetherketonetherketonketon (PEKEKK). Andere Kunststoffe oder Nichtkunststoffe, wie zum Beispiel Metall oder Keramik, sind für das Dichtplättchen möglich.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Dichtplättchen eine Dicke in einem Bereich zwischen 10 µm und 300 µm aufweisen, insbesondere in einem Bereich zwischen 10 µm und 100 µm oder in einem Bereich zwischen 100 µm und 300 µm. Bei sehr dünnen Dichtplättchen im Bereich zwischen 10 µm und 100 µm ist eine Dichtung zwischen zwei einander gegenüberliegenden vollständig ebenen Strukturen möglich. Bei etwas dickeren Dichtplättchen im Bereich zwischen 100 µm und 300 µm ist eine Dichtung zwischen zwei einander gegenüberliegenden Strukturen mit einer gewissen Oberflächenprofilierung vorteilhaft, um eine dann ausgeprägtere Tendenz zum Wegfließen des Materials des Dichtplättchens aus dem Dichtbereich zu unterdrücken.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Dichtplättchen einen Durchmesser in einem Bereich zwischen 2 mm und 10 mm, insbesondere zwischen 3 mm und 6 mm, aufweisen. Andere Größen sind möglich.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Dichtplättchen einen kappenförmigen Zentralbereich aufweisen oder aus einer solchen Kappe bestehen. Ein solcher kappenförmiger Zentralbereich kann sich unter Druck verformen und selbstzentrierend wirken. Ein derartiges Dichtplättchen kann zum Beispiel als geprägte Kunststofffolie ausgebildet werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Dichtplättchen eben ausgebildet sein. Dies erlaubt eine besonders einfache Herstellung des Dichtplättchens, zum Beispiel durch Ausstanzen aus einer Kunststofffolie.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Dichtplättchen mindestens einen außenseitigen Laschenabschnitt aufweisen, der zum Handhaben des Dichtelements durch einen Benutzer und/oder zum Eingriff in eine Aufnahmeaussparung der Planarstruktur ausgebildet ist. Derartige Laschenabschnitte können in entsprechend angeordneten und geformten Aufnahmeaussparungen der Planarstruktur eingeführt werden und führen zu einer unverlierbaren Dichtung. Außerdem können solche Laschenabschnitte als Schnappzungen (insbesondere in Zusammenwirkung mit einem kappenförmigen Zentralbereich) fungieren, die beim Ausbilden der Dichtung umschnappen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Dichtplättchen einen Grundkörper und eine darauf angebrachte Beschichtung, insbesondere aus Polytetrafluorethylen (Teflon), aufweisen. Durch den Grundkörper kann eine ausreichende Flexibilität und Festigkeit erreicht werden. Durch die Beschichtung kann die Dichtwirkung verfeinert werden. Zum Beispiel kann ein Grundkörper aus PEEK mit einer Dicke von 100 µm mit einer 5 µm dicken Beschichtung aus Teflon versehen werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Dichtplättchen eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten, jeweils eigenständigen Dichtflächen zum jeweiligen fluiddichten Verbinden von zwei jeweiligen Fluidpfaden und zwischen den Dichtflächen angeordnete und die Dichtflächen verbindende Verbindungsstrukturen, insbesondere Verbindungsstege, aufweisen. Auf diese Weise können mit einer einstückigen Struktur mehrere Dichtaufgaben simultan realisiert werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eine Dichtfläche der Planarstruktur eine Oberflächenprofilierung aufweisen. Solch eine Oberflächenprofilierung kann mindestens eine Vertiefung und/oder mindestens einen Überstand aufweisen. Zum Beispiel kann die Oberflächenprofilierung mindestens eine ringförmig geschlossene Struktur aufweisen, insbesondere eine Mehrzahl konzentrischer ringförmig geschlossener Strukturen aufweisen. Es hat sich herausgestellt, dass sich insbesondere bei Verwendung etwas dickerer Dichtplättchen die Tendenz des Verfließens des Dichtplättchen deutlich reduzieren lässt, wenn das Dichtplättchen zwischen zwei profilierte Oberflächen oder zumindest eine profilierte Oberfläche und eine ebene Oberfläche verpresst wird. Insbesondere bei einer ringförmig geschlossenen Oberflächenprofilierung (weiter insbesondere ausgebildet als Rille) kann ein vollumfänglich räumliches Dichten sichergestellt werden und ein wirksamer Schutz gegen Wegfließen des Materials des Dichtplättchen (was zu einer Reduktion der Dichtwirkung führen würde) erreicht werden, da dann eine umlaufende Dichtkante bereitgestellt ist. Auch mehrere konzentrische Ringe sind möglich. Zum Beispiel kann eine ringförmig geschlossene Oberflächenprofilierung eine Breite von 20 µm und eine Tiefe von 5 µm aufweisen. Vertiefungen lassen sich mit geringem Aufwand in Prägetechnik herstellen und führen zu einer sehr guten Dichtwirkung. Andere Formen einer Oberflächenprofilierung sind möglich, zum Beispiel eine Spirale, ein Mäander, eine Zickzackstruktur und/oder ein Stern.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Fluidbauteil als weitere Planarstruktur oder als dreidimensional geformtes Fluidbauteil ausgebildet sein. Auf diese Weise ist ein flexibles einsetzbares Dichtkonzept bereitgestellt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Planarstruktur Metall (insbesondere Edelstahl) aufweisen oder daraus bestehen. Vorteilhaft kann die Planarstruktur ein (zum Beispiel verklebtes, verpresstes oder sonst wie aneinander befestigtes) Laminat aus einer Mehrzahl miteinander verbundener Schichtstrukturen aufweisen, insbesondere eine Mehrzahl miteinander verbundener metallischer Schichtstrukturen. Im Inneren der Mehrzahl der miteinander verbundenen Schichtstrukturen kann ein Hohlkanal (oder können mehrere Hohlkanäle) zum Bilden zumindest eines Teils des ersten Fluidpfads gebildet sein. Eine solche Struktur ist miniaturisiert fertigbar und hält großen Drücken stand. Außerdem ist eine solche Architektur besonders vorteilhaft für mikrofluidische Anwendungen einsetzbar. Ein derartiges Metalllaminat kann aus Metallfolien mit innen liegenden Kanälen realisiert werden.
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Insbesondere kann eine Metallfläche mit einem oder mehreren erhabenen Ringen und die andere Metallfläche mit einer planen Gegenfläche vorgesehen werden. Bei einer direkten Verpressung von zwei solchen Strukturen kann der mindestens eine erhabene Ring (oder eine andere Oberflächenprofilierung) in der planen Gegenfläche eine korrespondierende Nut oder Rille prägen. Dadurch kann eine noch leicht federnde Dichtanordnung erhalten werden, die selbst bei hohen Drücken von 1200 bar fluiddicht ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die erste Planarstruktur eine Oberflächenprofilierung, insbesondere in Form von Überständen, aufweisen. Entsprechend kann die zweite Planarstruktur eine zu der Oberflächenprofilierung der ersten Planarstruktur inverse Oberflächenprofilierung aufweisen, insbesondere ausgebildet als Vertiefung. Die beiden Planarstrukturen können dann gemäß dem Prinzip von Nut und Feder eine besonders zuverlässige Dichtwirkung bereitstellen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Trenneinrichtung als chromatographische Trenneinrichtung, insbesondere als Chromatographietrennsäule, ausgebildet sein. Bei einer chromatographischen Trennung kann die Chromatographietrennsäule mit einem Adsorptionsmedium versehen sein. An diesem kann die fluidische Probe aufgehalten werden und erst nachfolgend bei Anwesenheit einer spezifischen Lösungsmittelzusammensetzung fraktionsweise wieder abgelöst werden, womit die Trennung der Probe in ihre Fraktionen bewerkstelligt wird.
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Das Probenseparationsgerät kann ein mikrofluidisches Messgerät, ein Life Science-Gerät, ein Flüssigchromatographiegerät, eine HPLC (High Performance Liquid Chromatography), eine UHPLC-Anlage, ein SFC-(superkritische Flüssigchromatographie) Gerät, ein Gaschromatographiegerät, ein Elektrophoresegerät und/oder ein Gelelektrophoresegerät sein. Allerdings sind viele andere Anwendungen möglich.
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Die Fluidpumpe kann zum Beispiel dazu eingerichtet sein, die mobile Phase mit einem hohen Druck, zum Beispiel einige 100 bar bis hin zu 1000 bar und mehr, durch das System hindurch zu befördern.
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Das Probentrenngerät kann einen Probeninjektor zum Einbringen der Probe in den fluidischen Trennpfad aufweisen. Ein solcher Probeninjektor kann eine mit einem Sitz koppelbare Injektionsnadel in einem entsprechenden Flüssigkeitspfad aufweisen, wobei die Nadel aus diesem Sitz herausgefahren werden kann, um Probe aufzunehmen, wobei nach dem Wiedereinführen der Nadel in den Sitz die Probe sich in einem Fluidpfad befindet, der, zum Beispiel durch das Schalten eines Ventils, in den Trennpfad des Systems hineingeschaltet werden kann, was zum Einbringen der Probe in den fluidischen Trennpfad führt.
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Das Probentrenngerät kann einen Fraktionssammler zum Sammeln der getrennten Komponenten aufweisen. Ein solcher Fraktionssammler kann die verschiedenen Komponenten zum Beispiel in verschiedene Flüssigkeitsbehälter führen. Die analysierte Probe kann aber auch einem Abflussbehälter zugeführt werden.
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Vorzugsweise kann das Probentrenngerät einen Detektor zur Detektion der getrennten Komponenten aufweisen. Ein solcher Detektor kann ein Signal erzeugen, welches beobachtet und/oder aufgezeichnet werden kann, und welches für die Anwesenheit und Menge der Probenkomponenten in dem durch das System fließenden Fluid indikativ ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Andere Ziele und viele der begleitenden Vorteile von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden leicht wahrnehmbar werden und besser verständlich werden unter Bezugnahme auf die folgende detailliertere Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen. Merkmale, die im Wesentlichen oder funktionell gleich oder ähnlich sind, werden mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein HPLC-System gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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2A zeigt eine Dichtanordnung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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2B zeigt eine Dichtanordnung gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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2C zeigt ein Dichtelement gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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3 zeigt eine Dichtanordnung gemäß noch einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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4 zeigt eine Draufsicht einer Prägefläche eines Prägewerkzeugs und 5 zeigt eine mit diesem Prägewerkzeug geprägte Dichtfläche einer oberflächenprofilierten metallischen Planarstruktur einer Dichtanordnung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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6 zeigt ein Detail und 7 zeigt eine Gesamtansicht einer profilierten Dichtfläche einer Planarstruktur gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Darstellung in den Zeichnungen ist schematisch.
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Bevor bezugnehmend auf die Figuren exemplarische Ausführungsbeispiele beschrieben werden, sollen einige grundlegende Überlegungen zusammengefasst werden, basierend auf denen exemplarische Ausführungsbeispiele der Erfindung abgeleitet worden sind.
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Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine hochdruckdichte wiederholt lösbare Verbindung für mikrofluidische Baugruppen geschaffen.
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Bei mikrofluidischen Strukturen besteht an zahlreichen Stellen die Notwendigkeit, wiederholt lösbare Verbindungsstellen zu realisieren, Hierfür existiert herkömmlich keine zufriedenstellende Lösung. Insbesondere das erneute Montieren einer geöffneten Verbindung lässt sich oft nicht mehr leckagefrei bewerkstelligen.
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Gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen der Erfindung werden folgende Ansätze zum Ausbilden einer hochdruckdichten wiederholt lösbaren Verbindung für mikrofluidische Baugruppen bereitgestellt:
- – Ausbilden einer formschlüssigen Dichtung
- – Ausbilden einer Golddichtung (zum Beispiel durch Aufgalvanisieren einer Goldschicht, Siebdruck mit Goldpaste, Aufschnappen einer vergoldeten Scheibe, Auflegen einer vergoldeten Scheibe, Aufsputtern einer vergoldeten Scheibe, etc.)
- – Verprägen (Verpressen einer ebenen Fläche, Verpressen einer strukturierten Fläche, insbesondere unter Ausbildung einer Doppelringdichtung)
- – Ausbilden einer PEEK-Dichtung durch: Auflegen einer Folie (zum Beispiel Bereitstellen einer spinnenartigen Anordnung mit Dichtstellen und Fixierlöchern; Einzeldichtungen mit Schnapprand in Nut einpressen), Aufpressen einer Folie mit Kupferstempel auf heißes Werkstück, Tampondruck in Roboter mit Paste, Siebdruck mit großem Sieb, Siebdruck mit Minisieb und Roboter, Aufschnappen eines Spritzteils, Umspritzen einer Metallstruktur, Folie in Taschen einschnappen
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Als besonders vorteilhaft herausgestellt haben sich Verbindungen mit Ringschneiden, die mit einem Bruchteil der Presskraft herkömmlicher Planarverbindungen hochdruckdicht sind.
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Um eine wiederholt lösbare Schnittstelle zwischen zwei Planar-Mikrofluidik-Strukturen (oder einer Planar-Mikrofluidik-Struktur und einem speziellen Kapillarfitting, etc.) zu realisieren, kann ein in irgendeiner Weise plastisch-elastisch verformbares Element in den abzudichtenden Spalt eingebracht werden, welches unverlierbar und druckstabil ist. Vorteilhaft kann ein solches Element tolerant gegenüber mechanischen Toleranzen und Verunreinigungen ausgebildet werden, austauschbar und preiswert.
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Realisiert werden die genannten gewünschten Eigenschaften gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen der Erfindung durch Pads an Metallstrukturen, die durch eingeprägte Ringe strukturiert werden und mittels unverlierbaren Polymer-Dichtungsfolien abgedichtet werden können. Die Dichtungsfolien können mittels speziellen Werkzeugen auf der Dichtfläche verankert werden und dichten durch eine plastisch-elastische Verformung in den eingeprägten Ringen ab. Dies stellt außerdem eine wesentliche Vereinfachung und einen Kostenvorteil gegenüber bislang eingesetzten, auf Dichtkegeln beruhenden Konstruktionen dar.
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1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines HPLC-Systems als Beispiel für ein Probentrenngerät 10, wie es zum Beispiel zur Flüssigkeitschromatographie verwendet werden kann. Eine Fluidpumpe 20 als Fluidantriebseinrichtung, die mit Lösungsmitteln aus einer Versorgungseinheit 25 versorgt wird, treibt eine mobile Phase durch eine Trenneinrichtung 30 (wie zum Beispiel eine chromatographische Säule), die eine stationäre Phase beinhaltet. Ein Entgaser 27 kann die Lösungsmittel entgasen, bevor diese der Fluidpumpe 20 zugeführt werden. Eine Probenaufgabeeinheit 40 ist zwischen der Fluidpumpe 20 und der Trenneinrichtung 30 angeordnet, um durch Schalten eines Fluidventils 95 eine Probenflüssigkeit in den fluidischen Trennpfad einzubringen. Die stationäre Phase der Trenneinrichtung 30 ist dazu vorgesehen, Komponenten der Probe zu separieren. Ein Detektor, siehe Flusszelle 50, detektiert separierte Komponenten der Probe, und ein Fraktionierungsgerät kann dazu vorgesehen werden, separierte Komponenten der Probe in dafür vorgesehene Behälter auszugeben. Nicht mehr benötigte Flüssigkeiten können in einen Abflussbehälter 60 ausgegeben werden.
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Eine Steuereinheit 70 steuert die einzelnen Komponenten 20, 25, 27, 30, 40, 50, 60, 95 des Probentrenngeräts 10.
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An diversen Stellen des Probentrenngeräts 10 (zum Beispiel an der Probentrenneinrichtung 30) sind fluiddichte Verbindungen implementiert, um die beschriebenen fluidischen Bauteile in der beschriebenen Weise wirkzukoppeln. Im Weiteren werden Beispiele für Dichtelemente 100 bzw. Dichtanordnungen 150 beschrieben, die eine solche Dichtfunktion kompakt, leckagefrei, hochdruckstabil, einfach und austauschbar bereitstellen
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2A zeigt eine Dichtanordnung 150 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die in 2A gezeigte mikrofluidische Dichtanordnung 150 weist eine metallische Planarstruktur 104 auf, die in Form eines Durchgangslochs in ihrem Inneren einen ersten Fluidpfad 102 definiert. Ferner weist die Dichtanordnung 150 ein weiteres Fluidbauteil in Form einer weiteren metallischen Planarstruktur 108 auf, die in Form eines Durchgangslochs in ihrem Inneren einen zweiten Fluidpfad 106 definiert. Darüber hinaus ist ein mikrofluidisches Dichtelement 100 vorgesehen, das zum fluiddichten Verbinden des ersten Fluidpfads 102 mit dem zweiten Fluidpfad 106 direkt zwischen der Planarstruktur 104 und der weiteren Planarstruktur 108 verpresst wird.
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Die Planarstruktur 104 und die weitere Planarstruktur 108 ist jeweils als ein Laminat aus einer Mehrzahl miteinander verbundener metallischer Schichtstrukturen 124 ausgebildet. Die metallischen Schichtstrukturen 124 sind durchgehende bzw. strukturierte (zum Ausbilden von inneren Fluidkanälen) Metallfolien, die miteinander fest verbunden sind (zum Beispiel durch Verpressen unter hoher Temperatur, Verkleben, etc.). Im Inneren der Mehrzahl der miteinander verbundenen Schichtstrukturen 124 ist jeweils mindestens ein Hohlkanal 126 zum Bilden des ersten Fluidpfads 102 bzw. der zweiten Flusspfads 106 gebildet. Die Planarstruktur 104 und die weitere Planarstruktur 108 haben bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2A einander gegenüberliegende ebene Dichtflächen ohne Oberflächenprofilierung. Alternativ können solche Dichtflächen auch mit einer Oberflächenprofilierung ausgerüstet werden (zum Beispiel wie in 2B gezeigt), insbesondere bei höheren Dicken von Dichtplättchen 110.
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Das mikrofluidische Dichtelement 100 dient zum fluiddichten Verbinden des ersten Fluidpfads 102 in der Planarstruktur 104 mit dem zweiten Fluidpfad 106 in der anderen Planarstruktur 108. Das Dichtplättchen 110 des Dichtelements 100 ist ausgebildet, direkt zwischen der Planarstruktur 104 und der weiteren Planarstruktur 108 fluiddicht verpresst zu werden. Im zentralen Bereich des Dichtelements 100 ist ein Durchgangsloch 112 gebildet, das im dichtenden Zustand den ersten Fluidpfad 102 und den zweiten Fluidpfad 106 fluidisch koppelt. Im montierten Zustand der Dichtanordnung 150 kann Fluid von dem ersten Fluidpfad 102 durch das Durchgangsloch 112 hinein in den zweiten Fluidpfad 106 fließen, oder in umgekehrter Richtung. Das Dichtplättchen 110 kann aus PEEK oder einem anderen Kunststoff hergestellt sein. Das Dichtplättchen 110 hat eine Dicke in einem Bereich zwischen 10 µm und 100 µm, zum Beispiel 50 µm, und einen Durchmesser in einem Bereich zwischen 3 mm und 6 mm, zum Beispiel 4 mm. Gemäß 2A ist das Dichtplättchen 110 eben ausgebildet.
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2B zeigt eine Dichtanordnung 150 gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die in 2B gezeigte mikrofluidische Dichtanordnung 150 besteht aus einer ersten Planarstruktur 104, die in ihrem Inneren einen ersten Fluidpfad 102 definiert, und aus einer zweiten Planarstruktur 108, die in ihrem Inneren einen zweiten Fluidpfad 106 definiert. Die erste Planarstruktur 104 und die zweite Planarstruktur 108 sind jeweils metallische Komponenten, die zum fluiddichten Verbinden des ersten Fluidpfads 102 mit dem zweiten Fluidpfad 106 direkt miteinander verpresst werden. Gemäß 2B weist die erste Planarstruktur 104 eine Oberflächenprofilierung 122 in Form eines ringförmigen Überstands auf. Entsprechend weist die zweite Planarstruktur 106 eine zu der Oberflächenprofilierung 122 der ersten Planarstruktur 104 inverse Oberflächenprofilierung 128 auf, die als ringförmige Rille oder Nut ausgebildet ist. Letztere kann zum Beispiel mittels der ersten Planarstruktur 104 samt Oberflächenprofilierung 122 in eine ebene Dichtfläche der zweiten Planarstruktur 106 geprägt werden.
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2C zeigt ein Dichtelement 100 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei den Dichtelement 100 gemäß 2C ist eine Mehrzahl von zueinander beabstandeten Dichtflächen 118 zum jeweiligen fluiddichten Verbinden von zwei jeweiligen Fluidpfaden 102, 106 und dazwischen angeordnete Verbindungsstrukturen 120 in Form von Verbindungsstegen bereitgestellt. Somit kann das Dichtelement 100 gemäß 2C gleichzeitig mehrere Dichtfunktionen wahrnehmen.
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3 zeigt eine als Schnappfoliendichtung ausgebildete Dichtanordnung 150 gemäß noch einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Gemäß 3 hat das als geprägte PEEK-Folie ausgebildete Dichtplättchen 110 einen kappenförmigen Zentralbereich 114. Letzterer wirkt selbstzentrierend. Einstückig an den kappenförmigen Zentralbereich 114 angeformt sind radial verteilt angeordnete außenseitige Laschenabschnitte 116 als Schnappzungen. Die Laschenabschnitte 116 dienen einem Benutzer zum Handhaben des Dichtelements 100. Ferner greifen die Laschenabschnitte 116 im montierten Zustand des Dichtplättchens 110 unverlierbar in eine jeweilige Aufnahmeaussparung 118 der Planarstruktur 104 ein. Die Aufnahmeaussparungen 118 sind radial umlaufend in einer ringförmigen Nut 179 eingebracht. Durch die Konfiguration mit den Laschenabschnitten 116 und den Aufnahmeaussparungen 118 ist das Plättchen 110 unverlierbar und einfach austauschbar an der Planarstruktur 104 montiert. Eine Dichtkontur ist mit Bezugszeichen 177 dargestellt.
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Alternativ zum Befestigen des Dichtplättchens 110 an der Planarstruktur 104 mittels Aufnahmeaussparungen 118 kann dieses auch nur eben aufgelegt werden oder auf der Oberfläche lamentiert oder festgeklebt werden.
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Prägeringdichtungen sind in 4 bis 7 dargestellt.
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4 zeigt eine Draufsicht einer Prägefläche 402 eines Prägewerkzeugs 400. Entsprechend zeigt 5 eine mit diesem Prägewerkzeug 400 geprägte Dichtfläche 500 einer oberflächenprofilierten metallischen Planarstruktur 108 einer Dichtanordnung 150 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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6 zeigt ein Detail und 7 zeigt eine Gesamtansicht einer profilierten Dichtfläche 600 einer Planarstruktur 108 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Dichtkontur bzw. Oberflächenprofilierung 122 gemäß 6 und 7 hat Dimensionen einer Breite von 20 µm und einer Tiefe von 10 µm.
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Es sollte angemerkt werden, dass der Begriff „aufweisen“ nicht andere Elemente ausschließt und dass das „ein“ nicht eine Mehrzahl ausschließt. Auch können Elemente, die in Zusammenhang mit unterschiedlichen Ausführungsbeispielen beschrieben sind, kombiniert werden. Es sollte auch angemerkt werden, dass Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Schutzbereich der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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