-
Die Erfindung betrifft einen mikrofluidischen Behälter, insbesondere für eine mikrofluidische Vorrichtung.
-
Mikrofluidische Behälter und insbesondere solche für mikrofluidische Vorrichtungen sind für verschiedenste Zwecke bekannt. Insbesondere zum Bereitstellen von Flüssigkeiten zur Durchführung chemischer Prozesse innerhalb einer mikrofluidischen Vorrichtung haben bekannte mikrofluidische Behälter aber Nachteile insbesondere hinsichtlich Dosierungsgenauigkeit, Kontaminationsschutz und Lagerbarkeit.
-
Aus der
EP 1 383 602 B1 ist ein Reagenz-Zuführsystem zur selektiven Zufuhr eines oder mehrerer flüssiger Reagenzien in eine Reaktions- oder Testkammer bekannt.
-
Hiervon ausgehend werden ein mikrofluidischen Behälter und mit einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche beschrieben. Durch die in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des mikrofluidischen Behälters und der mikrofluidischen Vorrichtung möglich.
-
Der mikrofluidische Behälter ist insbesondere für den Einsatz in einer mikrofluidischen Vorrichtung bestimmt und eingerichtet. Insbesondere ist es bevorzugt, dass der mikrofluidische Behälter von einer mikrofluidischen Vorrichtung umfasst ist. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist der mikrofluidische Behälter eine auswechselbare Komponente der mikrofluidischen Vorrichtung, die beispielsweise dazu dient, die mikrofluidische Vorrichtung mit einem Fluid zu versorgen. Bevorzugt stellt der mikrofluidische Behälter ein Verbrauchsmaterial in der Fluidkammer als ein flüssiges Gebrauchsmaterial bereit, welches von der mikrofluidischen Vorrichtung benötigt wird.
-
Der Begriff „mikrofluidisch“ bezieht sich hier vor allem auf die Größenordnung des mikrofluidischen Behälters bzw. der mikrofluidischen Vorrichtung. Die mikrofluidische Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass in den darin angeordneten fluidischen Kanälen und Kammern (zu denen auch der mikrofluidische Behälter zählen kann) physikalische Phänomene relevant sind, die im Allgemeinen der Mikrotechnik zugeordnet werden. Hierzu zählen beispielsweise Kapillareffekte, Effekte (insbesondere mechanische Effekte), die im Zusammenhang mit Oberflächenspannungen des Fluids stehen. Hinzu zählen weiterhin Effekte wie Thermophorese und Elektrophorese. Diese Phänomene sind in der Mikrofluidik üblicherweise dominant gegenüber Effekten wie der Schwerkraft. Die mikrofluidische Vorrichtung bzw. der mikrofluidische Behälter kann auch dadurch gekennzeichnet sein, dass sie zumindest teilweise mit einem schichtweisen Verfahren hergestellt ist und Kanäle zwischen Schichten des Schichtaufbaus angeordnet sind. Der Begriff „mikrofluidisch“ kann auch über die Querschnitte innerhalb der Vorrichtung bzw. innerhalb des Behälters charakterisiert werden, welche zur Führung des Fluids dienen. Üblich sind beispielsweise Querschnitte im Bereich von 100 µm [Mikrometer] mal 100 µm bis hin zu 800 µm mal 800 µm.
-
Bei der mikrofluidischen Vorrichtung kann es sich insbesondere um ein sogenanntes „Lab on a Chip“ handeln. Ein solches „Lab on a Chip“ ist dazu bestimmt und eingerichtet, biochemische Prozesse durchzuführen. Das bedeutet, dass Funktionalitäten eines makroskopischen Labors z. B. in ein Kunststoffsubstrat (insbesondere aus einem Polymer) integriert werden. Die mikrofluidische Vorrichtung kann z. B. Kanäle, Reaktionskammern, vorgelagerte Reagenzien, Ventile, Pumpen und/oder Aktuations-, Detektions- und Steuereinheiten aufweisen. Die mikrofluidische Vorrichtung kann ermöglichen, biochemische Prozesse vollautomatisch zu prozessieren. Damit können z. B. Tests an flüssigen Proben durchgeführt werden. Derartige Tests können z. B. in der Medizin Anwendung finden. Die mikrofluidische Vorrichtung kann auch als eine mikrofluidische Kartusche bezeichnet werden. Insbesondere durch Eingabe von Proben in die mikrofluidische Vorrichtung können in der mikrofluidischen Vorrichtung biochemische Prozesse durchgeführt werden. Dabei können den Proben auch zusätzliche Substanzen beigemischt werden, die biochemische Reaktionen auslösen, beschleunigen und/oder ermöglichen. Diese zusätzlichen Substanzen können beispielsweise in dem mikrofluidischen Behälter vorgelagert werden. Dazu weist die mikrofluidische Vorrichtung bevorzugt einen oder auch mehrere mikrofluidische Behälter auf. Die mikrofluidische Vorrichtung kann dazu eingerichtet und bestimmt sein, Flüssigkeiten zu transportieren und/oder bereitzustellen.
-
Der mikrofluidische Behälter ist insbesondere dazu bestimmt und eingerichtet, innerhalb einer mikrofluidischen Vorrichtung Fluide (insbesondere Flüssigkeiten) bereitzustellen. Dazu können die Fluide beispielsweise bei der Herstellung der mikrofluidischen Vorrichtung in den mikrofluidischen Behälter eingebracht werden. Wird der mikrofluidische Behälter dabei verschlossen (bzw. versiegelt), kann das darin befindliche Fluid für die Dauer einer Lagerung der mikrofluidischen Vorrichtung vor äußeren Einflüssen geschützt werden. Als äußerer Einfluss kommt insbesondere eine Kontamination durch Fremdsubstanzen in Betracht, die insbesondere bei hochsensitiven Analyseverfahren die Ergebnisse erheblich verfälschen kann. Auch kann ein Kontakt des Fluids mit der Luft und insbesondere mit dem darin enthaltenen Sauerstoff nachteilig sein. Durch die Luft bzw. durch den Luftsauerstoff kann es zu chemischen Reaktionen des Fluids kommen. Der mikrofluidische Behälter ist bevorzugt luftdicht bzw. gasdicht verschlossen. Dadurch können chemische Reaktionen des Fluids mit dem Luftsauerstoff ausgeschlossen werden und es kann zumindest eine Haltbarkeitsdauer des Fluids erheblich verlängert werden. Der beschriebene mikrofluidische Behälter kann insbesondere eine besonders langzeitstabile Lagerung ermöglichen. Durch den beschriebenen mikrofluidischen Behälter wird es insbesondere auch möglich diffusionsbedingte Verluste des gelagerten Fluids weiter zu limitieren. Auch dies verbessert die Möglichkeiten einer langzeitstabilen Lagerung. Auch kann der beschriebene mikrofluidische Behälter eine Lagerung bei Raumtemperatur ermöglichen, so dass auf eine aufwendige Kühlung verzichtet werden kann. Diese Möglichkeit kann sich insbesondere daraus ergeben, dass ein Fluid in dem gasdichten mikrofluidischen Behälter vor äußeren Einflüssen geschützt wird. Durch die Gasdichtigkeit kann eine Verderblichkeit des Fluids gehemmt werden, die alternativ durch eine tiefe Temperatur gehemmt werden könnte.
-
Bei dem Fluid kann es sich insbesondere um Reagenzien handeln wie z. B. salzhaltige Lösungen, ethanolhaltige Lösungen, wässrige Lösungen, Detergenzien oder Trockenreagenzien wie z. B. Lyophilisate oder Salze.
-
Der mikrofluidische Behälter kann zum einmaligen Gebrauch bestimmt sein oder auch wiederverwendbar sein. Zur Wiederverwendung eines bereits genutzten mikrofluidischen Behälters wird dieser bevorzugt in den Zustand gebracht, der nach der Herstellung vorlag. Das bedeutet insbesondere, dass der mikrofluidische Behälter gereinigt, mit dem Fluid befüllt und (bevorzugt insbesondere gasdicht) verschlossen wird. Die Fluidkammer des mikrofluidischen Behälters dient bevorzugt der Aufnahme des Fluids. Das Lagern des Fluids innerhalb des mikrofluidischen Behälters kann eine Automatisierbarkeit oder Bedienerfreundlichkeit erhöhen. Dies gilt insbesondere, wenn der mikrofluidische Behälter im Zusammenspiel mit einer mikrofluidischen Vorrichtung verwendet wird, um die mikrofluidische Vorrichtung mit einem Fluid zu versorgen. Außerdem kann darauf verzichtet werden, Flüssigkeiten in die mikrofluidische Vorrichtung pipettieren zu müssen, was ungenau und nicht reproduzierbar sein kann und die Gefahr einer Kontamination erhöhen kann. Die beschriebene mikrofluidische Vorrichtung kann ohne externe Zugabe von Substanzen (mit Ausnahme einer zu untersuchenden Probe) auskommen.
-
Bevorzugt ist ein Volumen der Fluidkammer derart bemessen, dass ein von dem mikrofluidischen Behälter abgegebenes Volumen des Fluids einem für einen durchzuführenden Prozess (insbesondere in der mikrofluidischen Vorrichtung) benötigten Volumen des Fluids entspricht.
-
Die Fluidkammer kann vollständig mit dem Fluid befüllt sein. Es kann aber auch ein Gas mit in der Fluidkammer eingeschlossen werden. Bei dem Gas kann es sich beispielsweise um Luft handeln. Bevorzugt handelt es sich bei dem Gas um ein inertes Gas wie z. B. Stickstoff.
-
Bevorzugt weist der mikrofluidische Behälter genau eine Fluidkammer auf. Es ist aber auch möglich, dass der mikrofluidische Behälter eine Mehrzahl von Fluidkammern aufweist, die jeweils mit einer Verschlussfolie und einer Membran entsprechend ausgeführt sind, wobei jeweils der beschriebene Rissanfangsbereich existiert.
-
Mehrere Fluidkammern können mit einer gemeinsamen Verschlussfolie und einer gemeinsamen Membran ausgeführt sein, wobei die Verschlussfolie mehrere (bevorzugt alle) Fluidkammern verschließt und die Membran zur Vermittlung einer Druckausübung auf mehrere (bevorzugt alle) Verschlussfolienabschnitte vor den mehreren (bevorzugt vor allen) Fluidkammern eingerichtet ist. Die Mehrzahl der Fluidkammern kann beispielsweise zeitgleich geöffnet werden, wodurch sich verschiedene in den verschiedenen Fluidkammern zunächst getrennt gelagerte Substanzen vermischen können. Eine getrennte Vorlagerung verschiedener Substanzen kann insbesondere für eine Lagerung der mikrofluidischen Vorrichtung vorteilhaft sein.
-
Um das Volumen bei Bedarf freigeben zu können, ist die Fluidkammer bevorzugt mit der Verschlussfolie derart (insbesondere gasdicht) verschlossen, dass das Fluid während einer Lagerung des mikrofluidischen Behälters vor äußeren Einflüssen geschützt ist. Zur Aktivierung der mikrofluidischen Vorrichtung bzw. zum Herauslassen des Fluids aus dem mikrofluidischen Behälter wird die Verschlussfolie bevorzugt eingerissen und/oder entfernt. Es ist bevorzugt, dass die Verschlussfolie aus einem Kunststoffmaterial (und insbesondere aus einem Polymer) gebildet ist. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Verschlussfolie mit einem Material gebildet ist, welches mit den damit in Kontakt kommenden Substanzen (und insbesondere mit dem Fluid innerhalb der Fluidkammer) keine chemischen Reaktionen eingeht und/oder welches eine Kontamination bewirken könnte (beispielsweise, weil aus dem Material der Verschlussfolie Stoffe ausdiffundieren würden).
-
Die Verschlussfolie kann durch Druckausübung auf die Verschlussfolie geöffnet werden. Durch die Druckausübung kann es insbesondere zu einer Rissbildung in der Verschlussfolie kommen.
-
Insbesondere damit ein aus der Fluidkammer beim Öffnen der Verschlussfolie austretendes Fluid nicht kontaminiert wird (insbesondere durch eine Hand oder einen Finger eines Benutzers der mikrofluidischen Vorrichtung), ist außerhalb der Fluidkammer an der Verschlussfolie anliegend die Membran vorgesehen. Die Membran ist bevorzugt derart ausgeführt und angeordnet, dass bei einer Druckausübung auf die Membran diese Druckausübung auf die Verschlussfolie fortgesetzt bzw. übertragen wird. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Membran die Verschlussfolie vollständig überlappt. Durch die Membran kann eine Aktuierungsebene (in der die Druckausübung durch den Benutzer stattfindet) von einer Prozessierungsebene (die beispielsweise für das Fluid aus der Fluidkammer zugänglich ist) getrennt werden. Die fluidische Separation über die Membran hat insbesondere den Vorteil, dass das austretende Fluid nicht in die Aktuierungsebene (an welcher ein Finger, ein Auswertegerät oder eine Prozessiereinheit anliegt) eintritt. Durch die Membran wird auch gewährleistet, dass das Fluid nicht bzw. in die Umgebung (beispielsweise in das Labor oder die Arztpraxis in welcher der mikrofluidische Behälter eingesetzt wird) gelangt. Somit kann sichergestellt werden, dass das Fluid vollständig in der mikrofluidischen Vorrichtung verbleibt.
-
Bevorzugt ist die Membran derart ausgeführt, dass ein Fluidpfad an der Membran vorbei aus der Fluidkammer in die Umgebung des mikrofluidischen Behälters (insbesondere in eine mikrofluidische Vorrichtung, in welcher der mikrofluidische Behälter angeordnet ist) ermöglicht wird. Der Fluidpfad verläuft bevorzugt abschnittsweise durch den Rissanfangsbereich.
-
Während die Verschlussfolie bevorzugt derart ausgeführt ist, dass diese bei einer solchen Druckausübung einreißen kann, ist die Membran bevorzugt derart ausgeführt, dass kein solches Einreißen eintritt. Insbesondere ist die Membran daher bevorzugt dehnbarer ausgeführt als die Verschlussfolie. Auch die Membran kann mit Substanzen innerhalb der mikrofluidischen Vorrichtung in Kontakt kommen, insbesondere mit dem aus der Fluidkammer austretenden Fluid. Daher ist es bevorzugt, dass die Membran aus einem Kunststoffmaterial (und insbesondere aus einem Polymer) gebildet ist. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Membran mit einem Material gebildet ist, welches mit den damit in Kontakt kommenden Substanzen (und insbesondere mit dem aus der Fluidkammer austretenden Fluid) keine chemischen Reaktionen eingeht und/oder welches eine Kontamination bewirken könnte (beispielsweise, weil aus dem Material der Membran Stoffe ausdiffundieren würden).
-
Die Verschlussfolie ist bevorzugt derart ausgeführt und angeordnet, dass die durch die Membran vermittelte Druckausübung auf die Verschlussfolie zu einer Rissbildung in der Verschlussfolie führt. Für viele Anwendungen kann es besonders vorteilhaft sein, dass die Rissbildung reproduzierbar erfolgt, so dass beispielsweise eine Menge an austretendem Fluid genau bekannt und reproduzierbar ist. Das kann beispielsweise der Fall sein, wenn für eine (insbesondere quantitative) Analyse eine sehr genau bestimmte Menge des Fluids benötigt wird. Der beschriebene mikrofluidische Behälter kann insbesondere eine besonders genaue und besonders reproduzierbare Freigabe eines Fluids durch mechanische und/oder pneumatische Einwirkung (d. h. durch Druckeinwirkung) ermöglichen. Insbesondere kann dies bei automatisierten Prozessen vorteilhaft sein. Beispielsweise kann die Druckausübung durch eine automatisierte Vorrichtung (wie z. B. durch einen Roboterarm erfolgen).
-
Eine besonders gut kontrollierbare Rissbildung kann bei dem beschriebenen mikrofluidischen Behälter durch den Rissanfangsbereich erreicht werden. Die Art der Rissbildung kann dabei insbesondere abhängig sein von dem Material der Verschlussfolie, von dem ausgeübten Druck (sowohl von einem absoluten Druck als auch von einer räumlichen Verteilung des Drucks), von der Form der Verschlussfolie und/oder von der Art und der Form einer Verbindung der Verschlussfolie mit der Fluidkammer. Insbesondere kann eine Rissbildung innerhalb der Verschlussfolie davon abhängen, an welcher Stelle der Verschlussfolie die Rissbildung beginnt. Durch das Vorsehen des Rissanfangsbereichs kann gerade der Beginn der Rissbildung besonders gut kontrolliert werden. Der Rissanfangsbereich ist bevorzugt derart ausgeführt, dass eine Rissbildung in dem Rissanfangsbereich gegenüber einer Rissbildung in anderen Bereichen der Verschlussfolie bevorzugt stattfindet. Insbesondere ein erstes Einreißen, d. h. ein Beginnen der Rissbildung, erfolgt bevorzugt innerhalb des Rissanfangsbereichs. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Verschlussfolie innerhalb des Rissanfangsbereichs im Vergleich zu den übrigen Bereichen der Verschlussfolie eine dünnere Foliendicke aufweist, zumindest teilweise mit einem leichter reißenden Material gebildet ist, Sollbruchstellen aufweist und/oder (sofern der Rissanfangsbereich an einem Rand der Verschlussfolie angeordnet ist) auf eine weniger haltbare Weise mit der Fluidkammer verbunden ist. Der Rissanfangsbereich ist bevorzugt als ein zusammenhängender Bereich ausgeführt.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform des mikrofluidischen Behälters verschließt die Verschlussfolie eine Öffnung der Fluidkammer, wobei zwischen der Verschlussfolie und der Fluidkammer eine die Öffnung umlaufende Dichtfläche ausgebildet ist, die die Öffnung entlang eines Randes der Öffnung umläuft.
-
Die Fluidkammer ist bevorzugt mit Ausnahme der beschriebenen Öffnung abgeschlossen. Durch die Öffnung kann ein Befüllen der Fluidkammer mit dem Fluid erfolgen (z. B. bei der Herstellung der mikrofluidischen Vorrichtung oder bei einer Vorbereitung zur Wiederverwendung der mikrofluidischen Vorrichtung). Anschließend kann die Öffnung durch die Verschlussfolie verschlossen werden.
-
Die Dichtfläche ist bevorzugt derart ausgeführt, dass das Fluid innerhalb der Fluidkammer gehalten werden kann und ein Austritt des Fluids insbesondere über einen Weg zwischen der Verschlussfolie und der Fluidkammer unterbunden werden kann.
-
Die Verschlussfolie ist im Bereich der Dichtfläche bevorzugt stoffschlüssig mit der Fluidkammer verbunden, beispielsweise verklebt, verlötet oder verschweißt.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des mikrofluidischen Behälters ist der Rissanfangsbereich unmittelbar an der Dichtfläche angeordnet.
-
In dieser Ausführungsform ist der Rissanfangsbereich bevorzugt an einem Rand der Verschlussfolie bzw. an einem Rand der Öffnung angeordnet, so dass die Verschlussfolie beim Einreißen (und insbesondere beim Beginnen des Einreißens) von der Dichtfläche ausgehend einreißt und/oder von der Dichtfläche gelöst werden kann. Dadurch kann erreicht werden, dass das Fluid bevorzugt über den Rissanfangsbereich aus der Fluidkammer austreten kann. Es kann also eine Vorzugsrichtung für die Fluidfreigabe erzeugt werden.
-
Die Ausbildung einer Vorzugsrichtung für die Freigabe des Fluids kann weiter erleichtert werden in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des mikrofluidischen Behälters, in welcher die Verschlussfolie außerhalb des Rissanfangsbereichs beim Einreißen mit einem Rand der Öffnung der Fluidkammer verbunden bleibt.
-
In dieser Ausführungsform ist die Verschlussfolie bevorzugt derart ausgeführt, dass ein Abreißen der Verschlussfolie von dem Rand der Öffnung und damit von der Dichtfläche nur im Rissanfangsbereich möglich ist. Bevorzugt ist ein Abreißen der Verschlussfolie von der Dichtfläche außerhalb des Rissanfangsbereichs unterdrückt. Dies kann beispielsweise durch unterschiedlich stark ausgebildete Verbindungen zwischen der Verschlussfolie und der Dichtfläche realisiert sein. Eine über die Membran vermittelte Druckausübung auf die Verschlussfolie bewirkt bevorzugt, dass die Verschlussfolie im Rissanfangsbereich von der Dichtfläche gelöst wird, während die Verschlussfolie außerhalb des Rissanfangsbereichs mit der Dichtfläche verbunden bleibt. Hierdurch wird auch gewährleistet, dass beim Einreißen der Verschlussfolie ein definierter Fluidpfad für das Fluid aus der Fluidkammer heraus gebildet wird.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des mikrofluidischen Behälters weist der Rissanfangsbereich mindestens eine Sollbruchstruktur auf.
-
Bei der Sollbruchstruktur kann es sich beispielsweise um eine Perforation und/ oder um einen linienartigen Bereich der Verschlussfolie mit einer geringeren Foliendicke und/oder mit einem leichter reißenden Material handeln. Insbesondere ist die Sollbruchstruktur bevorzugt derart ausgeführt, dass eine Rissbildung bevorzugt entlang der Sollbruchstruktur beginnt. Reißt die Verschlussfolie an der Sollbruchstruktur ein, kann dies einen reproduzierbaren weiteren Verlauf des Risses ermöglichen. Die Sollbruchstruktur kann insbesondere dazu eingerichtet und bestimmt sein, eine für ein Einreißen der Verschlussfolie benötigte Kraft (zumindest lokal) herabzusetzen.
-
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Sollbruchstrukturen dazu beitragen können, ein Versperren des Fluidaustritts aus der Fluidkammer zu verhindern. Das kann beispielsweise derart erfolgen, dass die Sollbruchstrukturen ein Einreißen der Verschlussfolie ermöglichen, an der ein Fluidaustritt (insbesondere hinsichtlich eines möglichen Versperrens durch eine Druckausübung) besonders begünstigt ist.
-
In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante des mikrofluidischen Behälters ist die Dichtfläche an einem Rand der Öffnung der Fluidkammer ausgebildet und der Rissanfangsbereich durch ein Strukturmerkmal des Randes festgelegt.
-
Dieses Strukturmerkmal ist bevorzugt durch eine Ausbuchtung oder eine Ecke der Form des Randes gebildet. Durch das Strukturmerkmal existiert bevorzugt eine reduzierte Festigkeit der Verbindung zwischen Verschlussfolie und Fluidkammer, die dazu führt, dass ein Riss sich im Bereich dieses Strukturmerkmals zuerst ausbildet und somit im Bereich dieses Strukturmerkmals der Rissanfangsbereich gebildet ist.
-
Bevorzugt ist der Rissanfangsbereich ohne besondere Merkmale der Verschlussfolie im Bereich des Rissanfangsbereichs ausgeführt. Bevorzugt ist die Verschlussfolie vollständig einheitlich ausgeführt. Der Rissanfangsbereich ist lediglich mit Strukturmerkmalen der Fluidkammer bzw. der Öffnung der Fluidkammer bzw. des Randes der Öffnung der Fluidkammer ausgeführt. Dies vereinfacht das Verschließen des mikrofluidischen Behälters drastisch.
-
Besonders bevorzugt hat die Öffnung bzw. der Rand der Öffnung an dem Rissanfangsbereich als Strukturmerkmal Ecken mit einem sehr kleinen Rundungsradius, die den Verlauf der Ausbuchtung der Öffnung ausbilden. Der kleine Rundungsradius dieser Ecken ist bevorzugt mindestens 3 mal so klein wie der Rundungsradius anderer Abschnitte des Randes der Öffnung. Die Ecken des Strukturmerkmals haben darüber hinaus bevorzugt einen Winkel von 90° oder mehr. Auf diese Art und Weise kann besonders einfach ein Rissanfangsbereich ausgebildet werden. Gleichzeitig bildet eine solche Ausbuchtung in besonders vorteilhafter Weise einen Abschnitt eines Fluidpfads aus dem mikrofluidischen Behälter hinaus aus.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des mikrofluidischen Behälters sind Ecken der Öffnung der Fluidkammer außerhalb des Rissanfangsbereichs abgerundet ausgeführt.
-
Insbesondere (scharfe) Ecken, Kanten und/oder Knicke im Verlauf des Randes der Öffnung können eine Rissbildung beeinflussen. Damit die Rissbildung im Rissanfangsbereich beginnen kann, sind die Öffnung und die Verschlussfolie bevorzugt derart ausgeführt, dass diese außerhalb des Rissanfangsbereichs keine Form aufweisen, die eine Rissbildung begünstigen könnte. Daher sind bevorzugt alle Ecken der Öffnung der Fluidkammer außerhalb des Rissanfangsbereichs abgerundet ausgeführt. Bevorzugt sind die Ecken mit einem Radius im Bereich von 1 mm bis 15 mm [Millimeter] abgerundet.
-
Durch die abgerundeten Ecken kann außerdem ein nicht aus der Fluidkammer entnehmbares Totvolumen der Fluidkammer reduziert werden. Insbesondere scharfe (d. h. nicht abgerundete) Ecken der Öffnung könnten eine Ansammlung des Fluids begünstigen.
-
Bevorzugt ist eine Breite der Öffnung im Bereich der Ausbuchtung kleiner als in allen übrigen Bereichen der Öffnung. Das bedeutet, dass die Öffnung bevorzugt in der Ausbuchtung besonders schmal ausgeführt ist. Dadurch kann sich eine Druckausübung auf die Verschlussfolie (die über die Membran vermittelt werden kann) in der Ausbuchtung nur vermindert auswirken. Damit kann erreicht werden, dass durch die Druckausübung ein Austreten des Fluids nicht verhindert wird. Die Druckausübung kann durch das Einreißen der Verschlussfolie einen Austritt des Fluids aus der Fluidkammer grundsätzlich ermöglichen. Gleichzeitig kann aber auch durch die Druckausübung ein Austritt des Fluids aus der Fluidkammer verhindert werden, weil ein möglicher Austrittspfad durch die Druckausübung versperrt wird. Wird die Verschlussfolie beispielsweise durch einen Finger eines Benutzers eingedrückt, kann der Finger die Öffnung wenigstens teilweise versperren.
-
Aufgrund der Ausbuchtung kann ein derartiges Versperren eines Austrittspfades verhindert werden. Dadurch, dass die Ausbuchtung schmaler als die restliche Öffnung ausgeführt ist, kann beispielsweise ein Finger eines Benutzers Bereiche am Rand der Ausbuchtung nicht versperren, so dass das Fluid durch diese Bereiche aus der Fluidkammer austreten kann. Insbesondere ist es möglich, dass die Membran im Bereich der Ausbuchtung während des Eindrückens (d. h. während eines Aktuierungsvorgangs) nicht vollständig ausgelenkt werden kann, so dass eine Freigabe des Fluids nicht blockiert wird.
-
Bei vergleichsweise dicken Verschlussfolien ist aber auch ein anderer Aufbau möglich, wo Ausbuchtungen, wie eine mechanische Stütze, bei Belastung wirken und so ein Einreißen verhindern. Der Rissanfangsbereich befindet sich dann an einer zur Ausbuchtung gegenüberliegenden Seite des mikrofluidischen Behälters. Hier tritt dann auch der Fluidpfad aus dem mikrofluidischen Behälter aus.
-
Es ist bevorzugt, dass die mikrofluidische Vorrichtung bzw. der darin angeordnete mikrofluidische Behälter zumindest beim Öffnen der Verschlussfolie (in Bezug auf die Erdgravitation) derart orientiert sind, dass der Rissanfangsbereich an einer tiefsten Stelle der Verschlussfolie angeordnet ist. Das bedeutet, dass die Verschlussfolie bevorzugt senkrecht zu einer horizontalen Orientierung orientiert ist. Dadurch kann erreicht werden, dass das Fluid aus der Fluidkammer bevorzugt im Rissanfangsbereich durch die Verschlussfolie durchtritt und aus der Fluidkammer austritt.
-
Der Fluidpfad führt bevorzugt aus der Fluidkammer durch die Verschlussfolie hindurch und in einen Bereich der mikrofluidischen Vorrichtung hinein, in der das Fluid aus der Fluidkammer benötigt wird. Dieser Bereich kann beispielsweise ein Kanal und/oder eine Reaktionskammer sein. Bevorzugt führt der Fluidpfad vollständig durch den Rissanfangsbereich. Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Fluid den Rissanfangsbereich zumindest teilweise (bevorzugt vollständig) durchströmt und zudem weitere Bereiche der Verschlussfolie durchströmt. Ein Austritt des Fluids außerhalb des Rissanfangsbereichs kann insbesondere dann möglich sein, wenn eine Menge des Fluids aus der Fluidkammer austritt, die zu groß ist für einen Austritt allein durch den Rissanfangsbereich.
-
Als weiterer Aspekt wird eine mikrofluidische Vorrichtung aufweisend eine Aufnahme zur Aufnahme eines mikrofluidischen Behälters mit mindestens einem Einwirkelement beschrieben, welches dazu eingerichtet ist, auf die Membran des mikrofluidischen Behälters einzuwirken, um die Fluidkammer des mikrofluidischen Behälters zu öffnen und einen Fluidpfad aus dem mikrofluidischen Behälter in die mikrofluidische Vorrichtung zu aktivieren.
-
Gemäß noch einem weiteren Aspekt wird eine mikrofluidische Vorrichtung aufweisend eine Aufnahme zur Aufnahme eines mikrofluidischen Behälters beschrieben, wobei die Aufnahme derart ausgebildet ist, dass ein Benutzer auf die Membran des mikrofluidischen Behälters einwirken kann, um die Fluidkammer des mikrofluidischen Behälters zu öffnen und einen Fluidpfad aus dem mikrofluidischen Behälter in die mikrofluidische Vorrichtung zu aktivieren. Die Einwirkung eines Benutzers erfolgt bevorzugt über einen von außen zugänglichen Einwirkbereich, an welchem von außen auf die Membran des mikrofluidischen Behälters in der mikrofluidischen Vorrichtung eingewirkt werden kann.
-
Die weiter vorne beschriebenen besonderen Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale des mikrofluidischen Behälters sind auf die beschriebene mikrofluidische Vorrichtung anwendbar und übertragbar. Insbesondere handelt es sich bei der mikrofluidischen Vorrichtung bevorzugt um eine solche wie diese weiter vorne beschrieben wurde.
-
Die Erfindung und das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen schematisch:
- 1: eine Schnittansicht einer mikrofluidischen Vorrichtung mit einem mikrofluidischen Behälter,
- 2: eine Schnittansicht einer alternativen mikrofluidischen Vorrichtung mit einem mikrofluidischen Behälter,
- 3 bis 6: Seitenansichten von vier Ausführungsformen von mikrofluidischen Behältern.
-
1 und 2 zeigen verschiedene mikrofluidische Vorrichtungen 1 mit einem mikrofluidischen Behälter 2 umfassend eine Fluidkammer 3 zur Aufnahme eines Fluids in schematischer Darstellung. Der mikrofluidische Behälter 2 ist in eine Aufnahme 14 der mikrofluidischen Vorrichtung 1 eingesetzt. Die Fluidkammer 3 weist eine Öffnung 5 auf, die mit einer Verschlussfolie 4 verschlossen ist. Zwischen der Verschlussfolie 4 und der Fluidkammer 3 ist eine die Öffnung 5 entlang eines Randes 8 der Öffnung 5 umlaufende Dichtfläche 13 ausgebildet. Die Dichtfläche 13 ist am Rand 8 der Öffnung 5 ausgebildet. Außerhalb der Fluidkammer 3 ist eine an der Verschlussfolie 4 anliegende Membran 6 angeordnet. Die Membran 6 und die Verschlussfolie 4 sind überlappend angeordnet. Die Verschlussfolie 4 und die Membran 6 sind derart ausgeführt und angeordnet, dass eine über die Membran 6 vermittelte Druckausübung auf die Verschlussfolie 4 ein Einreißen der Verschlussfolie 4 in einem Rissanfangsbereich 7 bewirkt. In der Variante gemäß 1 erfolgt eine derartige Druckausübung zum Einreißen der Verschlussfolie 4 mittels eines Einwirkelementes 15 der mikrofluidischen Vorrichtung 1. Durch das Einreißen der Verschlussfolie 4 wird ein Fluidpfad 12 in die mikrofluidische Vorrichtung 1 freigegeben.
-
In der Variante gemäß 2 erfolgt eine derartige Druckausübung zum Einreißen der Verschlussfolie 4 durch das Einwirken eines Benutzers direkt auf die Membran in einem Einwirkungsbereich 17. Bevorzugt wird auch hier durch das Einreißen der Verschlussfolie 4 ein Fluidpfad 12 in die mikrofluidische Vorrichtung 1 freigegeben.
-
3 zeigt eine Seitenansicht eines mikrofluidischen Behälters 2 in einer ersten Ausführungsform. Die Darstellung der 3 ist eine Seitenansicht aus einer Blickrichtung von der linken Seite in der Darstellung der 1. Wie auch in 1 zu erkennen, ist die Fluidkammer 3 von einer Verschlussfolie 4 verschlossen. Entlang des Randes 8 der Öffnung 5 ist die Dichtfläche 13 zu erkennen. Die Verschlussfolie 4 weist einen vorgesehenen Rissanfangsbereich 7 auf, welcher durch ein Strukturmerkmal 11 gebildet ist, in welchem eine Rissbildung beim Einreißen der Verschlussfolie 4 beginnt. Das Strukturmerkmal 11 ist hier durch eine Ausbuchtung 16 der Öffnung 5 realisiert.
-
Der Rissanfangsbereich 7 ist unmittelbar an der Dichtfläche 13 angeordnet. Die Verschlussfolie 4 ist derart ausgeführt, dass die Verschlussfolie 4 außerhalb des Rissanfangsbereichs 7 beim Einreißen mit dem Rand 8 der Öffnung 5 der Fluidkammer 3 verbunden bleibt. Außerhalb des Rissanfangsbereichs 7 sind Ecken 10 der Öffnung 5 der Fluidkammer 3 abgerundet ausgeführt. Im Bereich der Ausbuchtung 16 der Öffnung 5 bildet sich auch ein Fluidpfad 12 zum Auslass des Fluids aus der Fluidkammer 3 heraus, der in der Darstellung der 3 nach unten weist. Der Fluidpfad 12 verläuft teilweise durch den Rissanfangsbereich 7.
-
Zu erkennen ist in 3, dass Ecken 10 im Bereich des Strukturmerkmals 11 und der Ausbuchtung 16 einen Winkel von ca. 90° haben, während ansonsten nur Ecken mit 45° des Randes existieren. Dieser wesentlich größere Winkel der Ecken 10 im Bereich der Ausbuchtung 16 und des Strukturmerkmals 11 bewirkt auch, dass ein Riss sich bevorzugt in diesem Bereich ausbilden wird und somit hier der Rissanfangsbereich 7 gebildet ist.
-
Die 4 und 5 zeigen eine zweite und eine dritte Ausführungsform eines mikrofluidischen Behälters 2. Die zweite und dritte Ausführungsform unterscheiden sich von der in 3 dargestellten ersten Ausführungsform lediglich durch zusätzliche Sollbruchstrukturen 9 im Bereich des Strukturmerkmals 11 und der Ausbuchtung 16. In der Variante gemäß 4 sind Wellungen oder Erhebungen im Bereich der Ausbuchtung 16 als Sollbruchstrukturen 9 vorgesehen. In der Variante gemäß 4 sind scharfe, zum Zentrum der Öffnung 5 hin ausgerichtete Spitzen des Randes 8 der Öffnung 5 vorgesehen.
-
6 zeigt eine vierte Ausführungsform eines mikrofluidischen Behälters 1. Die Verschlussfolie 4 ist bei diesem Behälter besonders dick, insbesondere im Vergleich zu den Verschlussfolien der mikrofluidischen Behälter gemäß den 3 bis 5. Die Ausbuchtung 11 der Öffnung 5 wirkt hier wie eine mechanische Stütze. Die Rissbildung tritt an der zur Ausbuchtung 11 gegenüberliegenden Seite des mikrofluidischen Behälters 2 auf, wo dementsprechend auch der Rissanfangsbereich 7 ist. Dort bildet sich dann auch der Fluidpfad 12 über den Fluid aus dem mikrofluidischen Behälter 2 austritt.
-
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 Patentliteratur
-
