DE102017205286A1 - Microfluidic device and method for controlling the temperature of a working fluid - Google Patents

Microfluidic device and method for controlling the temperature of a working fluid Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine mikrofluidische Vorrichtung (100) umfassend einen ersten Fluidkanal (131) zum Befördern eines ersten Wärmeträgerfluids (121), wobei der erste Fluidkanal (131) mit einer ersten Schnittstelle (141) zum Wärmeaustausch zwischen dem ersten Wärmeträgerfluid (121) und einem Arbeitsfluid (151) verbunden ist, wobei die erste Schnittstelle (141) einen Hohlraum in der Vorrichtung (100) umfasst und mit einem ersten Arbeitsfluidkanal (161) zum Leiten von Arbeitsfluid (151) zur erste Schnittstelle (141) verbunden ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren (500) zum Betrieb der mikrofluidischen Vorrichtung (100).

Figure DE102017205286A1_0000
The invention relates to a microfluidic device (100) comprising a first fluid channel (131) for conveying a first heat transfer fluid (121), wherein the first fluid channel (131) having a first interface (141) for heat exchange between the first heat transfer fluid (121) and a Working fluid (151) is connected, wherein the first interface (141) comprises a cavity in the device (100) and with a first working fluid channel (161) for conducting working fluid (151) to the first interface (141) is connected. Furthermore, the invention relates to a method (500) for operating the microfluidic device (100).
Figure DE102017205286A1_0000

Description

Stand der TechnikState of the art

Mikrofluidische Analysesysteme (sog. Lab-on-Chips, kurz LoCs) erlauben ein automatisiertes, zuverlässiges, kompaktes und kostengünstiges Prozessieren von biochemischen Substanzen für die medizinische Diagnostik. Bei einigen Prozessschritten (z.B. für die Durchführung einer Polymerase-Kettenreaktion) ist ein Wärmeaustausch mit den im LoC eingeschlossenen Fluiden erforderlich. Üblicherweise erfolgt der Wärmeaustausch zwischen Umgebung (externe Wärmequellen oder -senken) und den im LoC eingeschlossenen Fluiden durch die Außenwände der entsprechenden Kammern, in denen die thermisch zu prozessierenden Fluide befindlich sind. Viele LoCs werden aus Polymeren (z. B. PC, PP, PE, COP, COC, PMMA) gefertigt. Diese Polymere weisen jedoch materialspezifisch nur eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf, was den Wärmestrom zwischen Umgebung und eingeschlossenem Fluid deutlich begrenzt.Microfluidic analysis systems (so-called Lab-on-Chips, LoCs for short) allow an automated, reliable, compact and cost-effective processing of biochemical substances for medical diagnostics. Some process steps (e.g., to perform a polymerase chain reaction) require heat exchange with the fluids enclosed in the LoC. Typically, the heat exchange between environment (external heat sources or sinks) and the trapped fluids in the LoC through the outer walls of the respective chambers in which the thermally processed fluids are located. Many LoCs are made of polymers (eg PC, PP, PE, COP, COC, PMMA). However, these polymers have material-specific only a low thermal conductivity, which significantly limits the heat flow between the environment and trapped fluid.

Aus US 7,544,506 B2 ist ein in einem mikrofluidischen System integrierter Wärmetauscher bekannt.Out US 7,544,506 B2 is known in a microfluidic system integrated heat exchanger.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Erfindung betrifft eine mikrofluidische Vorrichtung, welche einen ersten Fluidkanal zum Befördern von erstem Wärmeträgerfluid umfasst. Der erste Fluidkanal ist mit einer ersten Schnittstelle zum Wärmeaustausch zwischen dem ersten Wärmeträgerfluid und einem Arbeitsfluid verbunden, wobei die erste Schnittstelle einen Hohlraum in der Vorrichtung umfasst und mit einem ersten Arbeitsfluidkanal zum Leiten von Arbeitsfluid zur ersten Schnittstelle verbunden ist.The invention relates to a microfluidic device which comprises a first fluid channel for conveying first heat transfer fluid. The first fluid channel is connected to a first interface for heat exchange between the first heat transfer fluid and a working fluid, the first interface comprising a cavity in the device and connected to a first working fluid channel for conducting working fluid to the first interface.

Unter einem Wärmeträgerfluid kann insbesondere ein Fluid, insbesondere mit einer hohen Wärmekapazität, verstanden werden, insbesondere eine Flüssigkeit mit einer hohen Wärmekapazität wie beispielsweise Wasser. Unter einem Befördern des ersten Wärmeträgerfluids kann ein Leiten, insbesondere Durchleiten, oder Transportieren des ersten Wärmeträgerfluids durch den ersten Fluidkanal, beispielsweise über eine pneumatische Aktuierung verstanden werden. Bei dem Arbeitsfluid kann es sich beispielsweise um eine flüssige Probe handeln, beispielsweise eine biologische Probe wie eine Körperflüssigkeit eines Lebewesens, welche mithilfe der Vorrichtung prozessiert oder analysiert wird. Unter einem Fluidkanal kann ein Hohlraum, insbesondere eine Ausnehmung oder Kanal, verstanden werden, durch welchen Fluide, also Flüssigkeiten oder Gase, bewegt werden können. Die erste Schnittstelle kann insbesonders eine Kammer oder eine Ausnehmung in der Vorrichtung umfassen, beispielsweise um eine Ausnehmung in einem Substrat, beispielsweise in einem Polymersubstrat.A heat transfer fluid may, in particular, be understood as meaning a fluid, in particular having a high heat capacity, in particular a fluid having a high heat capacity, for example water. Carrying out the first heat transfer fluid can be understood to mean passing, in particular passing, or transporting the first heat transfer fluid through the first fluid channel, for example via a pneumatic actuation. The working fluid can be, for example, a liquid sample, for example a biological sample such as a body fluid of a living being, which is processed or analyzed by means of the device. A fluid channel can be understood as meaning a cavity, in particular a recess or channel, through which fluids, ie liquids or gases, can be moved. The first interface may in particular comprise a chamber or a recess in the device, for example a recess in a substrate, for example in a polymer substrate.

Die mikrofluidische Vorrichtung hat den Vorteil, dass über die Schnittstelle der Vorrichtung ein kontrollierter, schneller und effizienter Wärmeaustausch zwischen einem Wärmeträgerfluid und einem Arbeitsfluid ermöglicht wird. In dem Hohlraum der Schnittstelle können das erste Wärmeträgerfluid und das Arbeitsfluid vorteilhafterweise für den Wärmeaustausch in Kontakt treten. Das Wärmeträgerfluid kann dabei die Rolle eines Vermittlers zwischen einer externen Wärmequelle und/oder Wärmesenke wie beispielsweise eine Heizeinrichtung und dem Arbeitsfluid einnehmen. Besonders vorteilhaft ist die Erfindung bei polymerbasierten mikrofluidischen Systemen einsetzbar, da hierbei einerseits die Wärmeleitung nicht über die vergleichsweise schlecht leitenden Polymersubstrate erfolgen muss, anderseits die vergleichsweise schlechte Wärmeleitfähigkeit Wärmeverluste während des Transports des Wärmeträgerfluids gering hält. Ferner ist grundsätzlich von Vorteil, dass die Erfindung eine hohe Flexibilität bei der Anordnung der Schnittstelle und somit dem Ort des Wärmeaustausch in der mikrofluidischen Vorrichtung ermöglicht, wobei Größe und Lage der Schnittstelle nach den Erfordernissen eines Wärmeaustausch flexibel bestimmt werden können.The microfluidic device has the advantage that a controlled, faster and more efficient heat exchange between a heat transfer fluid and a working fluid is made possible via the interface of the device. In the cavity of the interface, the first heat transfer fluid and the working fluid may advantageously come into contact for the heat exchange. The heat transfer fluid can take on the role of a mediator between an external heat source and / or heat sink such as a heater and the working fluid. The invention can be used particularly advantageously in the case of polymer-based microfluidic systems, since on the one hand the heat conduction does not have to take place via the comparatively poorly conducting polymer substrates, on the other hand the comparatively poor thermal conductivity keeps heat losses low during the transport of the heat transfer fluid. Furthermore, it is fundamentally advantageous that the invention allows a high degree of flexibility in the arrangement of the interface and thus the location of the heat exchange in the microfluidic device, wherein the size and position of the interface can be determined flexibly according to the requirements of a heat exchange.

Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung eine mit dem ersten Fluidkanal verbundene erste Kammer für das erste Wärmeträgerfluid. Dies hat den Vorteil, dass das Wärmeträgerfluid in der ersten Kammer zumindest zeitweise oder auch längerfristig vorgehalten werden kann.The device preferably comprises a first chamber, which is connected to the first fluid channel, for the first heat carrier fluid. This has the advantage that the heat transfer fluid in the first chamber can be kept at least temporarily or even longer term.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die erste Kammer ein nicht mit dem Arbeitsfluid ineinander lösliches erstes Wärmeträgerfluid, so dass bei einer Einleitung von Arbeitsfluid und von erstem Wärmeträgerfluid in die erste Kammer ein Wärmeaustausch über einen direkten Kontakt ohne Vermischung der beiden Fluide erfolgen kann. Dies hat den Vorteil, dass durch den unmittelbaren Kontakt zwischen Wärmeträgerfluid und Arbeitsfluid im Hohlraum der ersten Schnittstelle ein besonders schneller und effizienter Wärmeaustausch erfolgen kann und keine physische Barriere wie beispielsweise eine Schicht oder eine Membran in der Schnittstelle benötigt wird, um eine Vermischung von Wärmeträgerfluid und Arbeitsfluid zu verhindern. Ferner ist von Vorteil, dass ein optischer Zugang zum Arbeitsfluid, beispielsweise für eine optische Auslese von Eigenschaften des Arbeitsfluids, nicht durch eine intransparente Separationsschicht der Schnittstelle behindert wird. Beispielsweise kann die Nicht-Ineinanderlöslichkeit oder Nichtvermischbarkeit von Wärmeträgerfluid und Arbeitsfluid durch die Wahl zweier geeigneter Fluide, insbesondere Flüssigkeiten, unterschiedlicher Polaritäten realisiert werden. Vorzugsweise kann es sich daher bei dem Wärmeträgerfluid entweder um ein polares oder unpolares Fluid handeln.In an advantageous embodiment of the invention, the first chamber comprises a not with the working fluid into each other soluble first heat transfer fluid, so that when an introduction of working fluid and the first heat transfer fluid into the first chamber, a heat exchange via a direct contact without mixing of the two fluids. This has the advantage that due to the direct contact between heat transfer fluid and working fluid in the cavity of the first interface a particularly fast and efficient heat exchange can take place and no physical barrier such as a layer or a membrane in the interface is required to a mixing of heat transfer fluid and Prevent working fluid. Furthermore, it is advantageous that an optical access to the working fluid, for example for an optical readout of properties of the working fluid, is not hindered by an intransparent separation layer of the interface. For example, the non-solubility or immiscibility of Heat transfer fluid and working fluid can be realized by the choice of two suitable fluids, in particular liquids, different polarities. Preferably, therefore, the heat transfer fluid may be either a polar or a non-polar fluid.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die erste Schnittstelle eine erste Trennschicht, welche einen über den ersten Fluidkanal zugänglichen Bereich der ersten Schnittstelle begrenzt, um eine Vermischung von Wärmeträgerfluid und Arbeitsfluid zu verhindern. Vorzugsweise weist die Trennschicht eine hohe Leitfähigkeit für eine effektive Wärmeübertragung zwischen Wärmeträgerfluid und Arbeitsfluid auf. Bei der Trennschicht kann es sich beispielsweise um eine Polymer umfassende Schicht oder Membran handeln. Ferner kann die Trennschicht auch Metall für eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen.According to an advantageous development of the invention, the first interface comprises a first separating layer, which delimits a region of the first interface which is accessible via the first fluid channel in order to prevent the mixing of heat carrier fluid and working fluid. Preferably, the separation layer has a high conductivity for effective heat transfer between heat transfer fluid and working fluid. The release layer may be, for example, a polymer-comprising layer or membrane. Further, the separation layer may also include metal for high thermal conductivity.

Wenn die Vorrichtung zumindest teilweise als Schichtaufbau ausgebildet ist, kann es sich bei der Trennschicht beispielsweise um eine Schicht des Schichtaufbaus handeln, welche vorzugsweise bereits für eine andere Funktion vorgesehen oder ausgebildet ist, zum Beispiel für eine Pumpfunktion an einer anderen Stelle der Vorrichtung. Dies hat den Vorteil, dass für die Trennschicht keine separate Schicht in der Vorrichtung angeordnet werden muss, was einen kompakteren und einfacheren Aufbau der Vorrichtung ermöglicht.If the device is formed at least partially as a layer structure, the separating layer may be, for example, a layer of the layer structure which is preferably already provided or designed for another function, for example for a pumping function at another location of the device. This has the advantage that no separate layer has to be arranged in the device for the separating layer, which allows a more compact and simpler construction of the device.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Trennschicht zumindest teilweise uneben, beispielsweise gezackt oder gewellt ausgeformt, insbesondere durch eine Mikrostrukturierung. Dies hat den Vorteil, dass eine besonders große Grenzfläche zwischen Wärmeträgerfluid und Arbeitsfluid realisiert und somit ein schnellerer Wärmeaustausch ermöglicht wird.In a preferred embodiment, the separating layer is at least partially uneven, for example serrated or wavy, in particular by a microstructuring. This has the advantage that a particularly large interface between heat transfer fluid and working fluid is realized and thus a faster heat exchange is made possible.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine zweite Kammer für ein zweites Wärmeträgerfluid und einen mit der zweiten Kammer verbunden zweiten Fluidkanal, wobei der zweite Fluidkanal mit der ersten Schnittstelle zum Wärmeaustausch zwischen dem zweiten Wärmeträgerfluid und einem Arbeitsfluid verbunden ist. Dies ermöglicht es vorteilhafterweise, zwei Wärmereservoire mit unterschiedlichen Temperaturen in der Vorrichtung bereitzuhalten. Dadurch ist es beispielsweise möglich, das Arbeitsfluid auf eine Temperatur zwischen der Temperatur des ersten Wärmeträgerfluids und der Temperatur des zweiten Wärmeträgerfluids zu bringen. Wenn mehr als zwei verschiedene Temperaturniveaus benötigt werden, beispielsweise für eine Durchführung einer Polymerase-Kettenreaktion in der Vorrichtung, können noch weitere mit der ersten Schnittstelle verbundene Kammern für weitere Wärmeträgerfluide in der Vorrichtung vorgesehen werden.According to an advantageous development of the invention, the device comprises a second chamber for a second heat transfer fluid and a second fluid channel connected to the second chamber, wherein the second fluid passage is connected to the first interface for heat exchange between the second heat transfer fluid and a working fluid. This advantageously makes it possible to provide two heat reservoirs with different temperatures in the device. This makes it possible, for example, to bring the working fluid to a temperature between the temperature of the first heat transfer fluid and the temperature of the second heat transfer fluid. If more than two different temperature levels are required, for example, for conducting a polymerase chain reaction in the device, further chambers connected to the first interface may be provided for further heat transfer fluids in the device.

Vorzugsweise ist die Verbindung des ersten Arbeitsfluidkanals mit der ersten Schnittstelle zwischen der Verbindung des ersten Fluidkanals mit der ersten Schnittstelle und der Verbindung des zweiten Fluidkanals mit der ersten Schnittstelle angeordnet, sodass eine Befüllung der ersten Schnittstelle mit dem Arbeitsfluid zwischen dem ersten und dem zweiten Wärmeträgerfluid möglich ist. Dies hat den Vorteil, dass das Arbeitsfluid von zwei verschiedenen, insbesondere gegenüberliegenden Seiten, in besonderes effektiven Wärmeaustausch mit den Wärmeträgerfluiden treten kann. Darüber hinaus ist von besonderem Vorteil, dass durch die Einstellung zweier verschiedener Temperaturen des ersten und des zweiten Wärmeträgerfluids aufgrund des Temperaturgradienten eine Konvektionsströmung im Arbeitsfluid hervorgerufen werden kann. Eine solche Konvektionsströmung kann beispielsweise für eine Durchmischung oder Umwälzung des Arbeitsfluids oder für das Durchführen einer thermokonvektiven Polymerase-Kettenreaktion verwendet werden.Preferably, the connection of the first working fluid channel is arranged with the first interface between the connection of the first fluid channel with the first interface and the connection of the second fluid channel with the first interface, so that a filling of the first interface with the working fluid between the first and the second heat transfer fluid possible is. This has the advantage that the working fluid of two different, in particular opposite sides, can occur in a particularly effective heat exchange with the heat transfer fluids. In addition, it is of particular advantage that a convection flow in the working fluid can be caused by the setting of two different temperatures of the first and second heat transfer fluid due to the temperature gradient. Such a convection flow can be used, for example, for mixing or circulating the working fluid or for carrying out a thermoconvective polymerase chain reaction.

Bevorzugt umfasst die erste Schnittstelle eine zweite Trennschicht, wobei die erste und die zweite Trennschicht bezüglich dem mit der ersten Schnittstelle verbundenen ersten Fluidkanal, dem zweiten Fluidkanal und dem ersten Arbeitsfluidkanal derart angeordnet sind, dass über den ersten Arbeitsfluidkanal in die erste Schnittstelle eingeleitetes Arbeitsfluid von über den ersten beziehungsweise über den zweiten Fluidkanal eingeleitetem ersten beziehungsweise zweitem Wärmeträgerfluid durch die erste beziehungsweise zweite Trennschicht getrennt wird. Dies hat den Vorteil, dass das Arbeitsfluid zwischen der ersten Trennschicht und der zweiten Trennschicht in der ersten Schnittstelle für einen Wärmeaustausch platziert werden kann.The first interface preferably comprises a second separating layer, the first and the second separating layer being arranged with respect to the first fluid channel, the second fluid channel and the first working fluid channel connected to the first interface in such a way that working fluid introduced into the first interface via the first working fluid channel the first or second heat transfer fluid introduced via the second fluid channel is separated by the first or second separation layer. This has the advantage that the working fluid can be placed between the first separation layer and the second separation layer in the first interface for heat exchange.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die erste Schnittstelle mindestens zwei separate Ausformungen, insbesondere in Form von Kavitäten oder Kammern, welche mit dem ersten Arbeitsfluidkanal verbunden sind. Dies hat den Vorteil, dass zwei Teile des Arbeitsfluids, auch Aliquote genannt, insbesondere parallel, oder ein Arbeitsfluid zweimal in Reihe mit dem ersten und/oder zweiten Wärmeträgerfluid für einen Wärmeaustausch in Kontakt gebracht werden können, ohne dass ein Stoffaustausch zwischen den in den separaten Ausformungen vorliegenden Teilen des Arbeitsfluids stattfindet. Auf diese Weise können in den Teilen des Arbeitsfluids voneinander unabhängige Reaktionen durchgeführt werden. Dies kann beispielsweise dazu genutzt werden, um mehrere quantitative Polymerase-Kettenreaktionen oder eine digitale Polymerase-Kettenreaktion durchzuführen, etwa um eine präzise Quantifizierung der Ausgangsmenge der nachzuweisenden DNA-Sequenz oder DNA-Sequenzen zu ermöglichen.In a further embodiment of the invention, the first interface comprises at least two separate formations, in particular in the form of cavities or chambers, which are connected to the first working fluid channel. This has the advantage that two parts of the working fluid, also called aliquots, in particular in parallel, or a working fluid can be contacted twice in series with the first and / or second heat transfer fluid for heat exchange, without a mass transfer between the in the separate Shaping existing parts of the working fluid takes place. In this way, independent reactions can be carried out in the parts of the working fluid. This can be used, for example, to perform several quantitative polymerase chain reactions or a digital polymerase chain reaction, such as a precise quantification of the starting amount of To allow to be detected DNA sequence or DNA sequences.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden in den mindestens zwei Ausformungen der ersten Schnittstelle Reagenzien vorgelagert. Auf diese Weise können mit den Teilen des Arbeitsfluids in den Ausformungen unterschiedliche Reaktionen durchgeführt werden. So können in den mindestens zwei Ausformungen der Schnittstelle Primer- und Sondenmoleküle vorgelagert werden, so dass nach einer Befüllung der Ausformungen mit dem Arbeitsfluid, beispielsweise einer Probenflüssigkeit, insbesondere eines PCR-Master-Mix, verschiedene quantitative Polymerase-Kettenreaktionen durchgeführt werden können, welche unterschiedliche DNA-Abschnitte unabhängig voneinander amplifizieren können. Auf diese Weise kann die Probenflüssigkeit auf das Vorhandensein mindestens zweier verschiedener Zielmoleküle untersucht werden und/oder zusätzlich kann die Ausgangsmenge der Zielmoleküle quantitativ, beispielsweise anhand eins Fluoreszenzsignals, welches durch die Sondenmoleküle hervorgerufen wird, bestimmt werden.In a further advantageous embodiment of the invention, reagents are pre-stored in the at least two formations of the first interface. In this way, different reactions can be performed with the parts of the working fluid in the molds. Thus, primer and probe molecules can be pre-stored in the at least two formations of the interface, so that after filling the moldings with the working fluid, for example a sample liquid, in particular a PCR master mix, various quantitative polymerase chain reactions can be carried out which differ DNA sections can amplify independently. In this way, the sample liquid can be examined for the presence of at least two different target molecules and / or additionally the starting amount of the target molecules can be determined quantitatively, for example on the basis of a fluorescence signal which is caused by the probe molecules.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine zweite Schnittstelle, wobei die zweite Schnittstelle zwischen der ersten Kammer und einem Bereich außerhalb der Vorrichtung für einen Wärmeaustausch zwischen der ersten Kammer und einer in dem Bereich außerhalb der Vorrichtung befindlichen Wärmequelle oder Wärmesenke angeordnet ist. Da durch diese zweite Schnittstelle eine Verbindung der mikrofluidischen Vorrichtung zu einer externen makroskopischen Vorrichtung ermöglicht ist, wird eine solche zweite Schnittstelle auch als Makro-zu-Mikro-Schnittstelle bezeichnet. Insbesondere kann die zweite Schnittstelle dabei einen Teil einer Außenwand der Vorrichtung umfassen, wobei der Teil der Außenwand vorzugsweise ein Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit umfasst. Diese Weiterbildung ermöglicht eine besonders einfache und effektive Wärmeübertragung von außerhalb der mikrofluidischen Vorrichtung in die erste Kammer, in welcher das erste Wärmeträgerfluid aufgenommen sein kann. Ferner kann die zweite Schnittstelle ein Verbindungselement für eine Anbindung einer externen Wärmequelle oder Wärmesenke umfassen, beispielsweise eine Dichtung, eine Klemmpassung, eine Schraubvorrichtung und/oder eine Magnetkopplung. Wenn die mikrofluidische Vorrichtung Kammern für zwei oder mehrere Wärmeträgerfluide umfasst, so kann die Vorrichtung vorteilhafterweise weitere dieser zweiten Schnittstellen für einen Wärmeaustausch zwischen diesen Wärmeträgerfluiden und einer oder mehrerer in dem Bereich außerhalb der Vorrichtung befindlichen Wärmequellen oder Wärmesenken aufweisen.In a particularly advantageous development of the invention, the device comprises a second interface, the second interface being arranged between the first chamber and an area outside the device for heat exchange between the first chamber and a heat source or heat sink located in the area outside the device. Since a connection of the microfluidic device to an external macroscopic device is made possible by this second interface, such a second interface is also referred to as a macro-to-micro interface. In particular, the second interface may comprise a part of an outer wall of the device, wherein the part of the outer wall preferably comprises a material with a high thermal conductivity. This development enables a particularly simple and effective heat transfer from outside the microfluidic device into the first chamber, in which the first heat transfer fluid can be accommodated. Furthermore, the second interface may comprise a connection element for connection to an external heat source or heat sink, for example a seal, a clamping fit, a screw device and / or a magnetic coupling. When the microfluidic device comprises chambers for two or more heat transfer fluids, the device may advantageously have further of these second interfaces for heat exchange between these heat transfer fluids and one or more heat sources or heat sinks located in the region outside the device.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung über den ersten Fluidkanal mit einem außerhalb der Vorrichtung befindlichen Reservoir für erstes Wärmeträgerfluid verbindbar, insbesondere über eine oben angeführte Makro-zu-Mikro-Schnittstelle Diese Ausführungsform hat insbesondere den Vorteil, dass in der mikrofluidischen Vorrichtung keine großen Ausformungen für das Speichern des Wärmeträgerfluids integriert werden müssen. Auch kann das externe Wärmereservoir einfach mit einer Temperaturregelung versehen werden, welche das Wärmeträgerfluid in dem externen Wärmereservoir auf einer vorgegebenen Temperatur hält.According to a further advantageous embodiment of the invention, the device via the first fluid channel with a reservoir located outside the device for first heat transfer fluid can be connected, in particular via a macro-to-micro-interface mentioned above This embodiment has the particular advantage that in the microfluidic device no large formations for storing the heat transfer fluid must be integrated. Also, the external heat reservoir can be easily provided with a temperature control, which keeps the heat transfer fluid in the external heat reservoir at a predetermined temperature.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung über eine oder mehrere weitere Schnittstellen, insbesondere Makro-zu-Mikro-Schnittstellen, mit einer Pneumatikeinrichtung zur Ansteuerung von Ventilen und/oder Pumpen der Vorrichtung verbindbar.In a further advantageous embodiment of the invention, the device is connectable via one or more further interfaces, in particular macro-to-micro-interfaces, with a pneumatic device for controlling valves and / or pumps of the device.

Gegenstand der Erfindung ist somit auch ein System umfassend die erfindungsgemäße mikrofluidische Vorrichtung und mindestens ein mit der Vorrichtung verbindbares Reservoir für das erste Wärmeträgerfluid, wobei das Reservoir vorzugsweise eine Wärmequelle und/oder -senke und bevorzugt eine Temperaturregelung zum Halten des Wärmeträgerfluids auf einer vorgegebenen Temperatur umfasst. In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst das System auch eine mit der Vorrichtung verbindbare Pneumatikeinrichtung zur Ansteuerung von Ventilen und/oder Pumpen der Vorrichtung.The invention thus also provides a system comprising the microfluidic device according to the invention and at least one reservoir which can be connected to the device for the first heat transfer fluid, wherein the reservoir preferably comprises a heat source and / or sink and preferably a temperature control for holding the heat transfer fluid at a predetermined temperature , In an advantageous development, the system also includes a pneumatic device that can be connected to the device for controlling valves and / or pumps of the device.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung. In einem ersten Schritt wird erstes Wärmeträgerfluid über den ersten Fluidkanal zur ersten Schnittstelle transportiert oder befördert. In einem zweiten Schritt wird in die Vorrichtung eingebrachtes Arbeitsfluid zur ersten Schnittstelle transportiert. Der zweite Schritt kann in einer ersten Ausführungsform vor dem ersten Schritt, in einer zweiten Ausführungsform nach dem ersten Schritt und in einer dritten Ausführungsform zumindest teilweise gleichzeitig mit dem ersten Schritt erfolgen. Zu den Vorteilen des Verfahrens wird auf die oben genannten Vorteile der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung verwiesen. Die zweite Ausführungsform hat ferner insbesondere den Vorteil, dass die Schnittstelle und eine Umgebung der Schnittstelle bereits auf eine durch die Temperatur des ersten Wärmeträgerfluids vorgegebene Temperatur gebracht werden, bevor das Arbeitsfluid mit der ersten Schnittstelle in Kontakt kommt. Dies ermöglicht ein schnelleres Anpassen der Temperatur des Arbeitsfluids an die Temperatur des ersten Wärmeträgerfluids beziehungsweise der ersten Schnittstelle. Der zeitlich wohldefinierte Transport der Fluide zur und von der Schnittstelle kann dabei durch die oben genannten Ventile und durch ein oder mehrere Pumpen in den Fluidkanälen ermöglicht werden.The invention also provides a method for operating a microfluidic device according to the invention. In a first step, the first heat transfer fluid is transported or conveyed via the first fluid channel to the first interface. In a second step, working fluid introduced into the device is transported to the first interface. The second step can take place in a first embodiment before the first step, in a second embodiment after the first step, and in a third embodiment at least partially simultaneously with the first step. For the advantages of the method, reference is made to the abovementioned advantages of the microfluidic device according to the invention. The second embodiment further has the particular advantage that the interface and an environment of the interface are already brought to a predetermined by the temperature of the first heat transfer fluid temperature before the working fluid comes into contact with the first interface. This allows a faster adjustment of the temperature of the working fluid to the temperature of the first heat transfer fluid or the first interface. The timely well-defined transport of fluids to and from the Interface can be made possible by the above-mentioned valves and by one or more pumps in the fluid channels.

Vorzugsweise wird dabei die externe Wärmequelle beziehungsweise Wärmesenke auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten, so dass auch das erste Wärmeträgerfluid eine Temperatur nahe dieser Temperatur trotz Wärmeaustauch mit dem Arbeitsfluid und der Umgebung halten kann. Hierbei ist eine hohe Wärmekapazität des Wärmeträgerfluids zusätzlich von Vorteil, da damit der Temperaturabfall durch Wärmeverluste gering gehalten werden kann.Preferably, the external heat source or heat sink is maintained at a predetermined temperature, so that the first heat transfer fluid can maintain a temperature close to this temperature despite heat exchange with the working fluid and the environment. In this case, a high heat capacity of the heat transfer fluid is additionally advantageous since it allows the temperature drop due to heat losses to be kept low.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird während einer zumindest teilweisen Ausfüllung der ersten Schnittstelle durch das Arbeitsfluid für eine vorgegebene Zeitspanne kontinuierlich erstes Wärmeträgerfluid über den ersten Fluidkanal zur ersten Schnittstelle gepumpt. Dies hat den Vorteil, dass durch eine ständige Zufuhr von neuem erstem Wärmeträgerfluid und dadurch bedingten Austausch des ersten Wärmeträgerfluids in der Schnittstelle ein schnellerer Wärmeaustausch mit dem Arbeitsfluid möglich ist.In an advantageous embodiment of the method, during an at least partial filling of the first interface by the working fluid for a predetermined period continuously first heat transfer fluid is pumped via the first fluid channel to the first interface. This has the advantage that a faster heat exchange with the working fluid is possible by a constant supply of new first heat transfer fluid and consequent replacement of the first heat transfer fluid in the interface.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt eine Erwärmung oder Abkühlung des ersten Wärmeträgerfluids auf eine vorgegebene Temperatur nach einem Transport von erstem Wärmeträgerfluid und Arbeitsfluid zur ersten Schnittstelle. Dies hat den Vorteil, dass eine zeitliche Dynamik der Erwärmung beziehungsweise Abkühlung des Arbeitsfluid definiert über eine entsprechend schnelle oder langsame Änderung der Temperatur des ersten Wärmeträgerfluids geregelt werden und somit unter anderem unerwünschte Temperaturgradienten im Wärmeträgerfluid vermieden werden können.According to a further advantageous embodiment, a heating or cooling of the first heat transfer fluid to a predetermined temperature after a transport of the first heat transfer fluid and working fluid to the first interface. This has the advantage that a temporal dynamics of the heating or cooling of the working fluid can be controlled defined by a correspondingly rapid or slow change in the temperature of the first heat transfer fluid and thus undesirable temperature gradients in the heat transfer fluid can be avoided.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit, wie oben beschrieben, zumindest einem ersten und zweiten Wärmeträgerfluid werden das erste und das zweite Wärmeträgerfluid auf unterschiedliche Temperaturen gebracht. Vorzugsweise werden die beiden Wärmeträgerfluide erst nach dem Erreichen der Temperaturen mit dem Arbeitsfluid in der ersten Schnittstelle in Kontakt gebracht, beispielsweise durch ein entsprechendes Schalten von Ventilen im ersten und zweiten Fluidkanal. Dabei können die Wärmeträgerfluide unterschiedlicher Temperatur nacheinander, abwechselnd oder nach einem vorgegebenen Schema/ Protokoll zu der ersten Schnittstelle für einen Kontakt und Wärmeaustausch mit dem Arbeitsfluid gepumpt werden. Diese Weiterbildung hat insbesondere den Vorteil, dass durch ein Führen von Wärmeträgerfluiden unterschiedlicher Temperatur zu einem Kontakt mit dem Arbeitsfluid unmittelbar zwischen einer Wärmezufuhr zu und oder einer Abführung von Wärme von dem Arbeitsfluid umgeschaltet werden kann, was ein effizientes thermisches Prozessieren des Arbeitsfluids erlaubt, beispielsweise für das Durchführen einer Polymerase-Kettenreaktion. Ferner kann vorteilhafterweise, wie oben beschrieben, ein Temperaturgradient im Arbeitsfluid erzeugt werden, welcher beispielsweise eine Konvektion im Arbeitsfluid hervorruft.In a particularly advantageous embodiment of the method with a device according to the invention with, as described above, at least one first and second heat transfer fluid, the first and the second heat transfer fluid are brought to different temperatures. Preferably, the two heat transfer fluids are brought into contact with the working fluid in the first interface only after reaching the temperatures, for example by a corresponding switching of valves in the first and second fluid channel. In this case, the heat transfer fluids of different temperature can be sequentially, alternately or according to a predetermined scheme / protocol to the first interface for contact and heat exchange with the working fluid to be pumped. This development has the particular advantage that can be switched to a contact with the working fluid directly between a heat supply to and or a dissipation of heat from the working fluid by guiding heat transfer fluids of different temperature, which allows efficient thermal processing of the working fluid, for example performing a polymerase chain reaction. Furthermore, advantageously, as described above, a temperature gradient can be generated in the working fluid, which causes, for example, a convection in the working fluid.

Figurenlistelist of figures

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente werden gleiche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung der Elemente verzichtet wird.Embodiments of the invention are shown schematically in the drawings and explained in more detail in the following description. The same reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similarly acting, wherein a repeated description of the elements is dispensed with.

Es zeigen

  • 1 bis 8 Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung und
  • 9 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Show it
  • 1 to 8th Embodiments of the microfluidic device according to the invention and
  • 9 a flowchart of an embodiment of the method according to the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1a und 1b zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen mikrofluidische Vorrichtung 100. 1a zeigt dabei eine Querschnittsansicht und 1b eine Draufsicht auf die Vorrichtung 100. Die Vorrichtung 100 umfasst eine erste Kammer 111 für ein erstes Wärmeträgerfluid 121 und einen mit der ersten Kammer 111 verbundenen ersten Fluidkanal 131. Der erste Fluidkanal 131 ist mit einer ersten Schnittstelle 141 zum Wärmeaustausch zwischen dem ersten Wärmeträgerfluid 121 und einem Arbeitsfluid 151 verbunden. Wie in 1a dargestellt, ist die erste Schnittstelle 141 als Ausnehmung in der Vorrichtung 100 ausgebildet und mit einem ersten Arbeitsfluidkanal 161 zum Leiten von Arbeitsfluid 151 zur erste Schnittstelle 141 verbunden. Der Arbeitsfluidkanal 161 kann beispielsweise zu einer verschließbaren Öffnung 165 der Vorrichtung 100 führen, über welche eine Probe als Arbeitsfluid 151 in die Vorrichtung 100 eingebracht werden kann. Bei der Probe kann es sich insbesondere um eine biologische Probe wie beispielsweise Blut, Sputum oder einen Abstrich handeln. Die mikrofluidische Vorrichtung kann dabei für eine Detektion von Pathogenen oder Körperzellen, insbesondere Tumorzellen, insbesondere unter Durchführung einer Polymerase-Kettenreaktion, vorgesehen oder ausgebildet sein. 1a and 1b show a first embodiment of the microfluidic device according to the invention 100 , 1a shows a cross-sectional view and 1b a plan view of the device 100 , The device 100 includes a first chamber 111 for a first heat transfer fluid 121 and one with the first chamber 111 connected first fluid channel 131 , The first fluid channel 131 is with a first interface 141 for heat exchange between the first heat transfer fluid 121 and a working fluid 151 connected. As in 1a represented, is the first interface 141 as a recess in the device 100 formed and with a first working fluid channel 161 for conducting working fluid 151 to the first interface 141 connected. The working fluid channel 161 can for example become a closable opening 165 the device 100 lead, over which a sample as working fluid 151 into the device 100 can be introduced. Specifically, the sample may be a biological sample such as blood, sputum, or smear. The microfluidic device can be provided or designed for the detection of pathogens or body cells, in particular tumor cells, in particular by carrying out a polymerase chain reaction.

Die mikrofluidische Vorrichtung 100 kann auf einem Polymersubstrat basieren, insbesondere umfassend Polycarbonat, Polypropylen, Polyethylen, Cycloolefin-Polymer, Cycloolefin-Copolymer und/oder Polymethylmethacrylat. Die Vorrichtung kann dabei beispielsweise laterale Abmessungen von 10 mal 10 Quadratmillimeter bis 200 mal 200 Quadratmillimeter, bevorzugt 30 mal 30 Quadratmillimeter bis 100 mal 100 Quadratmillimeter. Die erste Kammer 111 und die als Ausnehmung ausgebildete erste Schnittstelle 141 können beispielsweise jeweils Abmessungen von 0,1 mal 0,1 mal 0,1 Kubikmillimeter bis 100 mal 100 mal 10 Kubikmillimeter aufweisen, bevorzugt von 3 mal 3 mal 1 Kubikmillimeter bis 30 mal 30 mal 3 Kubikmillimeter. Der erste Fluidkanal 131 und der Arbeitsfluidkanal 161 können beispielsweise jeweils Querschnitte von 10 mal 10 Quadratmikrometer bis 3 mal 3 Quadratmillimeter aufweisen, bevorzugt 100 mal 100 Quadratmikrometer bis 1 mal 1 Quadratmillimeter.The microfluidic device 100 may be based on a polymer substrate, in particular comprising polycarbonate, polypropylene, polyethylene, cycloolefin polymer, cycloolefin copolymer and / or polymethyl methacrylate. The device For example, it may have lateral dimensions of 10 by 10 square millimeters to 200 by 200 square millimeters, preferably 30 by 30 square millimeters to 100 by 100 square millimeters. The first chamber 111 and the first interface formed as a recess 141 For example, each may have dimensions of 0.1 by 0.1 by 0.1 cubic millimeter to 100 by 100 by 10 cubic millimeters, preferably from 3 by 3 by 1 cubic millimeter to 30 by 30 by 3 cubic millimeters. The first fluid channel 131 and the working fluid channel 161 For example, each may have cross sections of 10 by 10 square microns to 3 by 3 square millimeters, preferably 100 by 100 square microns to 1 by 1 square millimeter.

Dem ersten Wärmeträgerfluid 121 kann durch eine externe Heiz- oder Kühlvorrichtung 50, beispielsweise einem resistiven Heizelement oder Peltier-Element, Wärme von außen hinzugeführt oder entzogen werden. Wie in 1a gezeigt, umfasst die mikrofluidische Vorrichtung 100 dazu eine zweite Schnittstelle 170, wobei die zweite Schnittstelle 170 zwischen der ersten Kammer 111 und einem Bereich 30 außerhalb der Vorrichtung für einen Wärmeaustausch zwischen der ersten Kammer 111 und einer in dem Bereich 30 außerhalb der Vorrichtung befindlichen Wärmequelle 50 oder Wärmesenke 50 angeordnet ist. In diesem Beispiel bildet eine die erste Kammer 111 begrenzende Außenwand 170 der Vorrichtung 100 die zweite Schnittstelle 170. Für eine verbesserte Wärmeleitung der zweiten Schnittstelle 170 kann diese teilweise Metall umfassen sowie vorzugsweise eine möglichst große Fläche bei möglichst kleiner Dicke aufweisen. Die zweite Schnittstelle 170 dient somit als Makro-zu-Mikro-Schnittstelle für eine Wärmeleitung zwischen mikrofluidischen Vorrichtung 100 und makroskopischer Umgebung 30.The first heat transfer fluid 121 can be through an external heating or cooling device 50 , For example, a resistive heating element or Peltier element, heat added or withdrawn from the outside. As in 1a shown includes the microfluidic device 100 to a second interface 170 , where the second interface 170 between the first chamber 111 and an area 30 outside the apparatus for heat exchange between the first chamber 111 and one in the field 30 outside the device located heat source 50 or heat sink 50 is arranged. In this example, one forms the first chamber 111 bounding outer wall 170 the device 100 the second interface 170 , For improved heat conduction of the second interface 170 This may include partially metal and preferably have the largest possible area with the smallest possible thickness. The second interface 170 thus serves as a macro-to-micro interface for heat conduction between microfluidic device 100 and macroscopic environment 30 ,

Wie in 1a dargestellt, erfolgt der Wärmeaustausch zwischen dem ersten Wärmeträgerfluid 121 und Arbeitsfluid 151 über eine unmittelbare Kontaktfläche 140 der beiden Fluide als Wärmeaustauschgrenzfläche. Durch den unmittelbaren Kontakt zwischen Wärmeträgerfluid 121 und Arbeitsfluid 151 kann, wie oben beschrieben, somit ein besonders schneller und effizienter Wärmeaustausch erfolgen. Diese Ausführungsform mit unmittelbarer Kontaktfläche zwischen erstem Wärmeträgerfluid 121 und Arbeitsfluid 151 eignet sich insbesondere für nicht ineinander lösliche Fluide, beispielsweise wenn erstes Wärmeträgerfluid 121 und Arbeitsfluid 151 eine unterschiedliche Polarität aufweisen. Beispielsweise kann es sich bei dem Wärmeträgerfluid 121 um eine auf Öl basierende unpolare Flüssigkeit, beispielsweise Mineralöl, Silikonöl, Perfluorpolyether und/oder fluorierte Kohlenwasserstoffe, und bei dem Arbeitsfluid 151 um eine auf Wasser basierende polare Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, eine wasser-basierte salzhaltige Lösung und/oder eine Mischung für eine Polymerase-Kettenreaktion, insbesondere einen PCR-Mastermix, oder umgekehrt handeln. Dies hat den Vorteil, dass trotz unmittelbarem Kontakt zwischen Wärmeträgerfluid 121 und Arbeitsfluid 151 zwar ein Wärmeaustausch, jedoch kein Stoffaustausch auftritt.As in 1a shown, the heat exchange takes place between the first heat transfer fluid 121 and working fluid 151 via an immediate contact surface 140 the two fluids as the heat exchange interface. Due to the direct contact between heat transfer fluid 121 and working fluid 151 can, as described above, thus take place a particularly fast and efficient heat exchange. This embodiment with direct contact surface between the first heat transfer fluid 121 and working fluid 151 is particularly suitable for not mutually soluble fluids, for example, when the first heat transfer fluid 121 and working fluid 151 have a different polarity. For example, it may be in the heat transfer fluid 121 an oil-based nonpolar liquid, for example mineral oil, silicone oil, perfluoropolyether and / or fluorinated hydrocarbons, and the working fluid 151 is a water-based polar liquid, for example water, a water-based saline solution and / or a mixture for a polymerase chain reaction, in particular a PCR master mix, or vice versa. This has the advantage that, despite direct contact between the heat transfer fluid 121 and working fluid 151 Although a heat exchange, but no mass transfer occurs.

Vorzugsweise umfasst die mikrofluidische Vorrichtung 100 eine mit dem ersten Fluidkanal 131 verbundene mikrofluidische Pumpe 180 für eine Strömung des ersten Wärmeträgerfluids 121. Diese kann vorteilhafterweise neben dem Zwecke eines Pumpens des ersten Wärmeträgerfluids 121 in die erste Schnittstelle 141 für eine Durchmischung des ersten Wärmeträgerfluids 121 für eine homogenere Temperaturverteilung im ersten Wärmeträgerfluid 121 eingerichtet sein.Preferably, the microfluidic device comprises 100 one with the first fluid channel 131 connected microfluidic pump 180 for a flow of the first heat transfer fluid 121 , This can advantageously in addition to the purpose of pumping the first heat transfer fluid 121 in the first interface 141 for a thorough mixing of the first heat transfer fluid 121 for a more homogeneous temperature distribution in the first heat transfer fluid 121 be furnished.

Ferner kann, wie in 1a und 1b die mikrofluidische Vorrichtung 100 ein oder mehrere Ventile 190 zum Verschließen des ersten Fluidkanals 131 aufweisen, was eine homogene Temperierung des ersten Wärmeträgerfluids 121 vor einem Transport in die erste Schnittstelle 141 ermöglicht.Furthermore, as in 1a and 1b the microfluidic device 100 one or more valves 190 for closing the first fluid channel 131 have what a homogeneous temperature of the first heat transfer fluid 121 before transport to the first interface 141 allows.

2 zeigt ein Weiterbildung des Ausführungsbeispiels der Figuren 1a und 1b, wobei die erste Schnittstelle 141 eine erste Trennschicht 142 umfasst, welche einen über den ersten Fluidkanal 131 zugänglichen ersten Bereich 135 der ersten Schnittstelle begrenzt, um eine Vermischung von erstem Wärmeträgerfluid 121 und Arbeitsfluid 151 zu verhindern. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist es somit nicht erforderlich, dass es sich bei dem ersten Wärmeträgerfluid 121 und dem Arbeitsfluid 151 um zwei nicht ineinander lösliche oder nicht miteinander mischbare Fluide, insbesondere Flüssigkeiten, handelt. 2 shows a development of the embodiment of the figures 1a and 1b , where the first interface 141 a first separation layer 142 comprising one via the first fluid channel 131 accessible first area 135 the first interface limited to a mixing of the first heat transfer fluid 121 and working fluid 151 to prevent. In this embodiment of the invention, it is thus not necessary for the first heat transfer fluid 121 and the working fluid 151 is two non-dissolvable or immiscible fluids, especially liquids.

Vorzugsweise weist die Trennschicht 142 eine hohe Leitfähigkeit für eine effektive Wärmeübertragung zwischen Wärmeträgerfluid 121 und Arbeitsfluid 151 auf. Bei der Trennschicht 142 kann es sich beispielsweise um eine Polymer umfassende Schicht oder Membran handeln, beispielsweise umfassend Polycarbonat, Polypropylen, Polyethylen, Cycloolefin-Polymer, Cycloolefin-Copolymer, thermoplastisches Elastomer, thermoplastisches Polyurethan und/oder Polymethylmethacrylat, mit einer beispielhaften Dicke zwischen 5 und 500 Mikrometer, bevorzugt zwischen 50 und 150 Mikrometer. Ferner kann die Trennschicht 142 Metall für eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, beispielsweise Kupfer, Gold, Silber, Nickel, Chrom und/oder PlatinPreferably, the release layer 142 a high conductivity for effective heat transfer between heat transfer fluid 121 and working fluid 151 on. At the separation layer 142 it may be, for example, a polymer-comprising layer or membrane, for example comprising polycarbonate, polypropylene, polyethylene, cycloolefin polymer, cycloolefin copolymer, thermoplastic elastomer, thermoplastic polyurethane and / or polymethyl methacrylate, with an exemplary thickness between 5 and 500 microns, preferably between 50 and 150 microns. Furthermore, the release layer 142 Have metal for a high thermal conductivity, for example, copper, gold, silver, nickel, chromium and / or platinum

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Trennschicht 142 zumindest teilweise gezackt, wie in 2 gezeigt. Dadurch wird die Grenzfläche zwischen erstem Wärmeträgerfluid 121 und Arbeitsfluid 151 vergrößert und somit ein schnellerer Wärmeaustausch ermöglicht. Alternativ oder zusätzlich kann die Trennschicht 142 auch andere Unebenheiten zur Vergrößerung der Grenzfläche wie beispielsweise Wellen oder Mikrostrukturierungen aufweisen, wobei letztere beispielsweise über Laserstrukturierung, selektive Schichtabscheidung oder Porösifizierung erzeugt werden können.In a particularly advantageous embodiment, the separating layer 142 at least partially jagged, as in 2 shown. As a result, the interface between the first heat transfer fluid 121 and working fluid 151 enlarged and thus a faster Heat exchange allows. Alternatively or additionally, the release layer 142 also have other unevenness to increase the interface such as waves or microstructures, the latter can be generated for example via laser structuring, selective layer deposition or porosification.

Wenn, wie in 3 dargestellt, die Vorrichtung 100 als Schichtaufbau ausgebildet ist, kann es sich bei der Trennschicht 142 beispielsweise um einen Teil oder Abschnitt einer Schicht des Schichtaufbaus handeln, wobei die Schicht beispielsweise bereits für eine andere Funktion vorgesehen ist, zum Beispiel für eine Pumpfunktion an einer anderen Stelle der Vorrichtung 100. Dies hat den Vorteil, dass für die Trennschicht 142 keine separate Schicht in der Vorrichtung 100 angeordnet werden muss, was einen kompakteren und einfacheren Aufbau der mikrofluidischen Vorrichtung 100 ermöglicht. Bei der Schicht 142 kann es sich insbesondere um ein thermoplastisches Elastomer oder um thermoplastisches Polyurethan handeln mit einer beispielhaften Dicke zwischen 5 und 500 Mikrometer, bevorzugt zwischen 50 und 150 Mikrometer. Die Ausführung der Vorrichtung 100 als Schichtaufbau hat insbesondere den Vorteil, dass die Schichten inklusive der Trennschicht 142 kostengünstig gefertigt und miteinander verfügt werden können. Die Schichten können dabei beispielsweise jeweils eine Dicke zwischen 0,1 und 10 Millimeter, bevorzugt zwischen 1 und 3 Millimeter aufweisen.If, as in 3 shown, the device 100 is formed as a layer structure, it may be in the separation layer 142 For example, be a part or portion of a layer of the layer structure, wherein the layer is already provided for example for another function, for example, for a pumping function at another location of the device 100 , This has the advantage that for the release layer 142 no separate layer in the device 100 must be arranged, resulting in a more compact and simpler structure of the microfluidic device 100 allows. At the shift 142 it may in particular be a thermoplastic elastomer or thermoplastic polyurethane with an exemplary thickness between 5 and 500 microns, preferably between 50 and 150 microns. The execution of the device 100 As a layer structure has the particular advantage that the layers including the separation layer 142 manufactured inexpensively and can be arranged with each other. The layers may, for example, each have a thickness between 0.1 and 10 millimeters, preferably between 1 and 3 millimeters.

Fig. 4a und 4b zeigen korrespondierende Querschnitte durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100, basierend auf dem Ausführungsbeispiel der 1 und 3. Die mikrofluidische Vorrichtung 100 umfasst hier eine zweite Kammer 112 für ein zweites Wärmeträgerfluid 122 und einen mit der zweiten Kammer 112 verbunden zweiten Fluidkanal 132, wobei der zweite Fluidkanal 132 mit der ersten Schnittstelle 141 zum Wärmeaustausch zwischen dem zweiten Wärmeträgerfluid 122 und einem Arbeitsfluid 151 verbunden ist. Sowohl der erste Fluidkanal 131 als auch der zweite Fluidkanal 132 umfassen jeweils ein Ventil 190, 191. Diese Ausführungsform hat insbesondere den Vorteil, dass die Wärmeträgerfluide 121, 122 unterschiedliche Temperaturen aufweisen können. Durch das Führen von Wärmeträgerfluiden 121, 122 verschiedener Temperatur an den Ort des Wärmeaustauschs mit dem Arbeitsfluid 151, nämlich der ersten Schnittstelle 141 lässt sich unmittelbar zwischen einer Wärmezufuhr zu dem Arbeitsfluid 151 oder einer Abführung von Wärme umschalten. Dieses Verfahren kann etwa für ein rapides Zyklieren der Temperatur des Arbeitsfluid 151 verwendet werden, beispielsweise um eine Polymerase-Kettenreaktion in dem Arbeitsfluid 151 durchzuführen. Zur Temperierung umfasst die Vorrichtung 100 dieser Ausführungsform der zweiten Schnittstelle 170 gleichartige dritte Schnittstelle 171 für einen Wärmeaustausch mit beispielsweise einer zweiten externen Wärmequelle 51 oder -senke 51.Fig. 4a and 4b show corresponding cross sections through a further embodiment of the device according to the invention 100 based on the embodiment of 1 and 3 , The microfluidic device 100 here includes a second chamber 112 for a second heat transfer fluid 122 and one with the second chamber 112 connected second fluid channel 132 , wherein the second fluid channel 132 with the first interface 141 for heat exchange between the second heat transfer fluid 122 and a working fluid 151 connected is. Both the first fluid channel 131 as well as the second fluid channel 132 each include a valve 190 . 191 , This embodiment has the particular advantage that the heat transfer fluids 121 . 122 may have different temperatures. By guiding heat transfer fluids 121 . 122 different temperature to the place of heat exchange with the working fluid 151 namely, the first interface 141 can be directly between a heat supply to the working fluid 151 or switch off a discharge of heat. This method can be used for rapid cycling of the temperature of the working fluid 151 used, for example, a polymerase chain reaction in the working fluid 151 perform. For temperature control, the device includes 100 this embodiment of the second interface 170 similar third interface 171 for heat exchange with, for example, a second external heat source 51 or sink 51.

In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 dargestellt, wobei in diesem Beispiel die erste Schnittstelle 141 mindestens zwei separate Ausformungen 162, 163 umfasst. Die Ausformungen 162, 163 werden über einen gemeinsamen ersten Arbeitsfluidkanal 161 befüllt. Die erste Schnittstelle 141 ist dabei derart ausgebildet, dass die Teile des Arbeitsfluid 151, auch Aliquote genannt, welche in den Ausformungen 162, 163 vorliegen, während des thermischen Prozessierens nicht miteinander in Kontakt kommen, beispielsweise durch eine zwischen der ersten Ausformung 162 und der zweiten Ausformung 163 angeordnete Trennwand 164. Die Ausformungen 162, 163 können beispielsweise jeweils Abmessungen von 10 mal 10 mal 10 Kubikmikrometer bis 10 mal 10 mal 5 Kubikmillimeter aufweisen, bevorzugt 100 mal 100 mal 100 Kubikmikrometer bis 3 mal 3 mal 1,5 Kubikmillimeter. Die Trennwand kann beispielsweise eine Dicke zwischen 5 Mikrometer und 5 Millimeter aufweisen, bevorzugt 50 Mikrometer bis 1 Millimeter, wobei eine größere Dicke bei gewünschtem geringerem Wärmeaustausch zwischen den Ausformungen 162, 163 gewählt werden kann. Dieses Ausführungsbeispiel hat insbesondere den Vorteil, dass mehrere Teile des Arbeitsfluid 161 wohlsepariert und unabhängig voneinander, also ohne einen signifikanten Stoffaustausch, thermisch prozessiert werden können. So kann etwa in jeder der Ausformungen 162, 163 im Bereich der ersten Schnittstelle 141 eine eigene Polymerase-Kettenreaktion durchgeführt werden. Für das thermische Prozessieren einer Anzahl von N Aliquoten eines Arbeitsfluid durch eine Anzahl von M Wärmeträgerfluiden sind somit nur eine Anzahl N+M von Ausformungen in der mikrofluidischen Vorrichtung erforderlich.In 5 is another embodiment of the device according to the invention 100 represented, in this example, the first interface 141 at least two separate formations 162 . 163 includes. The formations 162 . 163 be via a common first working fluid channel 161 filled. The first interface 141 is designed such that the parts of the working fluid 151 , also called aliquots, which are in the formations 162 . 163 are not in contact with each other during thermal processing, for example by a between the first molding 162 and the second molding 163 arranged partition 164 , The formations 162 . 163 For example, each may have dimensions of 10 by 10 by 10 cubic microns to 10 by 10 by 5 cubic millimeters, preferably 100 by 100 by 100 cubic microns to 3 by 3 by 1.5 cubic millimeters. For example, the dividing wall may have a thickness of between 5 microns and 5 millimeters, preferably 50 microns to 1 millimeter, with a greater thickness with the desired less heat exchange between the molds 162 . 163 can be chosen. This embodiment has the particular advantage that several parts of the working fluid 161 well-separated and independently, ie without a significant mass transfer, can be thermally processed. So can in each of the formations 162 . 163 in the area of the first interface 141 a separate polymerase chain reaction can be performed. Thus, for the thermal processing of a number of N aliquots of a working fluid by a number of M heat transfer fluids, only a number N + M of formations in the microfluidic device are required.

6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100, wobei in diesem Beispiel die Verbindung des ersten Arbeitsfluidkanals 161 mit der ersten Schnittstelle 141 zwischen der Verbindung des ersten Fluidkanals 131 mit der ersten Schnittstelle 141 und der Verbindung des zweiten Fluidkanals 132 mit der ersten Schnittstelle 141 angeordnet ist, sodass eine Befüllung der ersten Schnittstelle 141 mit dem Arbeitsfluid 151 zwischen dem ersten Wärmeträgerfluid 151 und dem zweiten Wärmeträgerfluid 152 möglich ist. Dabei kann die Vorrichtung 100 neben einer ersten Pumpe 180 im ersten Fluidkanal 131 eine zweite Pumpe 181 im zweiten Fluidkanal 132 umfassen. Diese Ausführungsform bietet insbesondere den Vorteil, dass durch unterschiedliche Temperaturen der Wärmeträgerfluide 121, 122 ein Temperaturprofil in dem Arbeitsfluid 151 erzeugt werden kann. So kann etwa ein Temperaturgradient in dem Arbeitsfluid 151 erzeugt werden, aus welchem eine Konvektionsströmung resultiert. Diese Konvektionsströmung kann etwa für die Durchführung einer thermokonvektiven Polymerase-Kettenreaktion in dem Arbeitsfluid 151 verwendet werden. 6 shows a further embodiment of the device according to the invention 100 , In this example, the connection of the first working fluid channel 161 with the first interface 141 between the connection of the first fluid channel 131 with the first interface 141 and the connection of the second fluid channel 132 with the first interface 141 is arranged so that a filling of the first interface 141 with the working fluid 151 between the first heat transfer fluid 151 and the second heat transfer fluid 152 is possible. In this case, the device 100 next to a first pump 180 in the first fluid channel 131 a second pump 181 in the second fluid channel 132 include. This embodiment offers the particular advantage that by different temperatures of the heat transfer fluids 121 . 122 a temperature profile in the working fluid 151 can be generated. For example, a temperature gradient in the working fluid 151 generated become, from which a Konvektionsströmung results. This convection flow can be approximately for carrying out a thermoconvective polymerase chain reaction in the working fluid 151 be used.

Vorzugsweise umfasst dabei die erste Schnittstelle 141 eine zweite Trennschicht 143, wobei die erste und die zweite Trennschicht 142, 143 bezüglich dem mit der ersten Schnittstelle 141 verbundenen ersten Fluidkanal 131, dem zweiten Fluidkanal 132 und dem ersten Arbeitsfluidkanal 161 derart angeordnet sind, dass über den ersten Arbeitsfluidkanal 161 in die erste Schnittstelle 141 eingeleitetes Arbeitsfluid 151 von über den ersten Fluidkanal 131 beziehungsweise über den zweiten Fluidkanal 132 eingeleitetem ersten Wärmeträgerfluid 121 beziehungsweise zweitem Wärmeträgerfluid 122 durch die erste Trennschicht 142 beziehungsweise zweite Trennschicht 143 getrennt wird. Zur Vergrößerung der Grenzfläche zwischen Arbeitsfluid 151 und zweitem Wärmeträgerfluid 122 kann auch die zweite Trennschicht 143 wie die erste Trennschicht 142 zumindest abschnittsweise Unebenheiten, insbesondere eine gezackte oder gewellte Form aufweisen, wie auch in 6 dargestellt.In this case, the first interface preferably comprises 141 a second separating layer 143 wherein the first and second separation layers 142 . 143 as for the first interface 141 connected first fluid channel 131 , the second fluid channel 132 and the first working fluid channel 161 are arranged such that via the first working fluid channel 161 in the first interface 141 initiated working fluid 151 from above the first fluid channel 131 or via the second fluid channel 132 introduced first heat transfer fluid 121 or second heat transfer fluid 122 through the first separation layer 142 or second separating layer 143 is disconnected. To increase the interface between working fluid 151 and second heat transfer fluid 122 can also be the second separation layer 143 like the first separation layer 142 at least partially have unevenness, in particular a serrated or corrugated shape, as well as in 6 shown.

7 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100, wobei die Vorrichtung 100 über den ersten Fluidkanal 131 mit einem außerhalb der Vorrichtung 100 befindlichen Reservoir 80 verbunden ist, wobei das Wärmereservoir 80 erstes Wärmeträgerfluid 121 umfasst. Die erste Kammer 111 kann in dieser Ausführungsform einen Teil des ersten Fluidkanals 131 bilden. Alternativ kann die erste Kammer 111 auch dem Reservoir 80 entsprechen. Die Temperatur in dem Wärmereservoir 80 kann über eine externe Wärmequelle oder -senke 50 verändert werden. Die Vorrichtung 100 kann dabei ein erstes Ventil 192 zum Verschluss des ersten Fluidkanals 131 aufweisen, wobei das erste Ventil 192 als Makro-zu-Mikro-Schnittstelle an einer Außenseite der Vorrichtung 100 angeordnet sein kann und mit einer Leitung 85 des Reservoirs 80 verbunden werden kann. Ferner kann die Vorrichtung 100 eine mit dem ersten Fluidkanal 131 verbundene Pumpe 180 umfassen, welche zwischen dem ersten Ventil 192 und einem zweiten Ventil 190 angeordnet ist, wobei das zweite Ventil 190 den ersten Fluidkanal 131 zwischen der Pumpe 180 und der ersten Schnittstelle 141 verschließen kann. Die Pumpe 180 ist dabei eingerichtet erstes Wärmeträgerfluid 121 vom Reservoir 80 in die erste Schnittstelle 141 und vorzugsweise auch zurück zu pumpen. Diese Ausführungsform hat insbesondere den Vorteil, dass in der mikrofluidischen Vorrichtung 100 keine großen Ausformungen für das Speichern des Wärmeträgerfluids 151 integriert werden müssen. Auch kann das externe Wärmereservoir 80 einfach mit einer Temperaturregelung 90 mit einem Temperatursensor 95 versehen werden, welche das Wärmeträgerfluid in dem externen Wärmereservoir durch Regelung der Wärmequelle beziehungsweise Wärmesenke 50 auf einer vorgegebenen Temperatur hält. 7 shows a cross section through a further embodiment of the device according to the invention 100 , wherein the device 100 over the first fluid channel 131 with one outside the device 100 located reservoir 80 is connected, wherein the heat reservoir 80 first heat transfer fluid 121 includes. The first chamber 111 may in this embodiment a part of the first fluid channel 131 form. Alternatively, the first chamber 111 also the reservoir 80 correspond. The temperature in the heat reservoir 80 can be changed via an external heat source or sink 50. The device 100 can be a first valve 192 for closing the first fluid channel 131 have, wherein the first valve 192 as a macro-to-micro interface on an exterior of the device 100 can be arranged and with a line 85 of the reservoir 80 can be connected. Furthermore, the device 100 one with the first fluid channel 131 connected pump 180 include, which between the first valve 192 and a second valve 190 is arranged, wherein the second valve 190 the first fluid channel 131 between the pump 180 and the first interface 141 can close. The pump 180 is set up first heat transfer fluid 121 from the reservoir 80 in the first interface 141 and preferably also to pump back. This embodiment has the particular advantage that in the microfluidic device 100 no large formations for storing the heat transfer fluid 151 need to be integrated. Also, the external heat reservoir 80 easy with a temperature control 90 with a temperature sensor 95 be provided, which the heat transfer fluid in the external heat reservoir by controlling the heat source or heat sink 50 keeps at a predetermined temperature.

8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100, wobei die Vorrichtung 100 über einen ersten und zweiten Fluidkanal 131, 132 verfügt, welche über Makro-zu-Mikro-Schnittstellen 192 sowie außerhalb der Vorrichtung 100 befindlichen Leitungen 85 mit einem ersten beziehungsweise zweiten außerhalb der Vorrichtung 100 befindlichen Wärmereservoir 80, 81 verbunden sind, wobei das erste und das zweite Wärmereservoir 80, 81 ein erstes beziehungsweise zweites Wärmeträgerfluid 120,121 umfasst. Das erste und das zweite Wärmereservoire 80, 81 sind mit einer ersten beziehungsweise zweiten Wärmequelle oder -senke 50, 51 verbunden, welche es ermöglichen, über eine erste beziehungsweise zweite Temperaturregeleinheit 90, 91 und einen ersten beziehungsweise zweiten Temperatursensor 95, 96 das erste beziehungsweise zweite Wärmeträgerfluid 120,121 auf eine vorgegebene Temperatur zu regeln. Die erfindungsgemäße mikrofluidische Vorrichtung 100 verfügt über mit den ersten beziehungsweise zweiten Fluidkanälen verbundene mikrofluidische Pumpen 180 und Ventile 190, um erstes beziehungsweise zweites Wärmeträgerfluid 120, 121 innerhalb der Vorrichtung 100 zur ersten Schnittstelle 141 zu transportieren. Innerhalb der mikrofluidischen Vorrichtung 100, insbesondere innerhalb der ersten Schnittstelle 141, kann auch ein Mischen der Wärmeträgerfluide 120, 121 erfolgen, sodass an der ersten Schnittstelle 141 ein Gemisch der Wärmeträgerfluide 120,121 vorliegt, welches eine Temperatur besitzt, die zwischen den Temperaturen liegt, die die in den externen Reservoiren 80,81 vorliegenden Wärmeträgerfluide 120,121 aufweisen. In der in 8 gezeigten Ausführungsform ist die Vorrichtung 100 ferner über weitere Makro-zu-Mikro-Schnittstellen 192 mit pneumatischen Verbindungen 65 zu einer Pneumatikeinrichtung 60 verbunden. Die Pneumatikeinrichtung 60 ist dabei eingerichtet, die mikrofluidischen Ventile 180 und Pumpen 190 der Vorrichtung 100 durch das Anlegen verschiedener Druckniveaus auf die pneumatischen Verbindungen 65 anzusteuern. 8th shows a further embodiment of the device according to the invention 100 , wherein the device 100 via a first and second fluid channel 131 . 132 which has macro-to-micro interfaces 192 as well as outside the device 100 located lines 85 with a first or second outside the device 100 located heat reservoir 80 . 81 are connected, wherein the first and the second heat reservoir 80 . 81 a first or second heat transfer fluid 120,121 includes. The first and the second heat reservoir 80 . 81 are connected to a first and a second heat source or sink 50, 51, respectively, which allow, via a first and second temperature control unit 90 . 91 and a first and second temperature sensor, respectively 95 . 96 to regulate the first and second heat transfer fluid 120,121 to a predetermined temperature. The microfluidic device according to the invention 100 has microfluidic pumps connected to the first and second fluid channels, respectively 180 and valves 190 to first or second heat transfer fluid 120 . 121 within the device 100 to the first interface 141 to transport. Inside the microfluidic device 100 , especially within the first interface 141 , can also be a mixing of the heat transfer fluids 120 . 121 done so that at the first interface 141 a mixture of the heat transfer fluids 120,121 is present, which has a temperature which is between the temperatures which have the heat transfer fluids 120,121 present in the external reservoirs 80,81. In the in 8th the embodiment shown is the device 100 also via further macro-to-micro interfaces 192 with pneumatic connections 65 to a pneumatic device 60 connected. The pneumatic device 60 is equipped, the microfluidic valves 180 and pumps 190 the device 100 by applying different pressure levels to the pneumatic connections 65 head for.

9 zeigt ein Flussdiagramm zu einem Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens 500 zum Betrieb einer erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung 100. In einem optionalen ersten Schritt 501 erfolgt ein Befüllen der ersten Kammer 111 mit dem ersten Wärmeträgerfluid 121. In einem zweiten Schritt 502 wird erstes Wärmeträgerfluid, insbesondere aus der ersten Kammer 111, über den ersten Fluidkanal 131 zur ersten Schnittstelle 141 transportiert. In einem dritten Schritt 503 wird in die Vorrichtung 100 eingebrachtes Arbeitsfluid 151 zur ersten Schnittstelle 141 transportiert. Der dritte Schritt 503 kann in einer ersten Ausführungsform vor dem zweiten Schritt 502, in einer zweiten Ausführungsform nach dem zweiten Schritt 502 und in einer dritten Ausführungsform zumindest teilweise gleichzeitig mit dem zweiten Schritt 502 erfolgen. Der zeitlich wohldefinierte Transport der Fluide zur und von der ersten Schnittstelle 141 kann dabei durch die oben genannten Ventile 190, 191 und durch ein oder mehrere Pumpen 180 in den Fluidkanälen 131, 132 ermöglicht werden. 9 shows a flowchart for an embodiment of the method according to the invention 500 for operating a microfluidic device according to the invention 100 , In an optional first step 501 a filling of the first chamber takes place 111 with the first heat transfer fluid 121 , In a second step 502 becomes first heat transfer fluid, in particular from the first chamber 111 , via the first fluid channel 131 to the first interface 141 transported. In a third step 503 gets into the device 100 introduced working fluid 151 to the first interface 141 transported. Of the third step 503 may in a first embodiment before the second step 502 in a second embodiment after the second step 502 and in a third embodiment, at least partially simultaneously with the second step 502 respectively. Well-timed transport of fluids to and from the first interface 141 can do this through the above-mentioned valves 190 . 191 and by one or more pumps 180 in the fluid channels 131 . 132 be enabled.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 7544506 B2 [0002]US 7544506 B2 [0002]

Claims (15)

Mikrofluidische Vorrichtung (100) umfassend einen ersten Fluidkanal (131) zum Befördern eines ersten Wärmeträgerfluids(121), dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fluidkanal (131) mit einer ersten Schnittstelle (141) zum Wärmeaustausch zwischen dem ersten Wärmeträgerfluid (121) und einem Arbeitsfluid (151) verbunden ist, wobei die erste Schnittstelle (141) einen Hohlraum in der Vorrichtung (100) umfasst und mit einem ersten Arbeitsfluidkanal (161) zum Leiten von Arbeitsfluid (151) zur ersten Schnittstelle (141) verbunden ist.Microfluidic device (100) comprising a first fluid channel (131) for conveying a first heat transfer fluid (121), characterized in that the first fluid channel (131) having a first interface (141) for heat exchange between the first heat transfer fluid (121) and a working fluid (151), wherein the first interface (141) comprises a cavity in the device (100) and is connected to a first working fluid channel (161) for conducting working fluid (151) to the first interface (141). Mikrofluidische Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung (100) eine mit dem ersten Fluidkanal (131) verbundene erste Kammer (111) für das erste Wärmeträgerfluid (121) umfasst.Microfluidic device (100) according to Claim 1 wherein the device (100) comprises a first chamber (111) for the first heat transfer fluid (121) connected to the first fluid channel (131). Mikrofluidische Vorrichtung (100) nach Anspruch 2, wobei die erste Kammer (111) ein nicht mit dem Arbeitsfluid (151) ineinander lösliches erstes Wärmeträgerfluid (121) umfasst, so dass bei einer Einleitung von Arbeitsfluid (151) und von erstem Wärmeträgerfluid (121) in die erste Kammer (111) ein Wärmeaustausch über einen direkten Kontakt ohne Vermischung der beiden Fluide (121, 151) erfolgen kann.Microfluidic device (100) according to Claim 2 wherein the first chamber (111) comprises a first heat transfer fluid (121) which is not soluble in one another with the working fluid (151), such that upon introduction of working fluid (151) and first heat transfer fluid (121) into the first chamber (111) Heat exchange via a direct contact without mixing of the two fluids (121, 151) can take place. Mikrofluidische Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Schnittstelle (141) eine erste Trennschicht (142) umfasst, welche einen über den ersten Fluidkanal (131) zugänglichen Bereich (135) der ersten Schnittstelle (141) begrenzt, um eine Vermischung von Wärmeträgerfluid (121) und Arbeitsfluid (151) zu verhindern.The microfluidic device (100) according to any one of the preceding claims, wherein the first interface (141) comprises a first separation layer (142) defining a region (135) of the first interface (141) accessible via the first fluid channel (131) Mixing of heat transfer fluid (121) and working fluid (151) to prevent. Mikrofluidische Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trennschicht (142) zumindest teilweise uneben, insbesondere gezackt oder gewellt, ausgeformt ist.Microfluidic device (100) according to one of the preceding claims, wherein the separating layer (142) is at least partially uneven, in particular jagged or wavy, is formed. Mikrofluidische Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (100) zumindest teilweise als Schichtaufbau ausgebildet ist, wobei es sich bei der Trennschicht (142) um eine Schicht (142) des Schichtaufbaus handelt, wobei die Schicht (142) vorzugsweise für eine weitere Funktion angeordnet oder ausgebildet ist.Microfluidic device (100) according to one of the preceding claims, wherein the device (100) is at least partially formed as a layer structure, wherein the separation layer (142) is a layer (142) of the layer structure, wherein the layer (142) is preferably arranged or designed for another function. Mikrofluidische Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine zweite Kammer (112) für ein zweites Wärmeträgerfluid (122) und einen mit der zweiten Kammer (112) verbunden zweiten Fluidkanal (132), wobei der zweite Fluidkanal (132) mit der ersten Schnittstelle (141) zum Wärmeaustausch zwischen dem zweiten Wärmeträgerfluid (122) und einem Arbeitsfluid (151) verbunden ist.The microfluidic device (100) of any one of the preceding claims further comprising a second chamber (112) for a second heat transfer fluid (122) and a second fluid passage (132) connected to the second chamber (112), the second fluid passage (132) having the first interface (141) for heat exchange between the second heat transfer fluid (122) and a working fluid (151) is connected. Mikrofluidische Vorrichtung (100) nach Anspruch 7, wobei die Verbindung des ersten Arbeitsfluidkanals (161) mit der ersten Schnittstelle (141) zwischen der Verbindung des ersten Fluidkanals (131) mit der ersten Schnittstelle (141) und der Verbindung des zweiten Fluidkanals (132) mit der ersten Schnittstelle (141) angeordnet ist, sodass eine Befüllung der ersten Schnittstelle (141) mit dem Arbeitsfluid (151) zwischen dem ersten und dem zweiten Wärmeträgerfluid (121, 122) möglich ist.Microfluidic device (100) according to Claim 7 wherein the connection of the first working fluid channel (161) to the first interface (141) is arranged between the connection of the first fluid channel (131) to the first interface (141) and the connection of the second fluid channel (132) to the first interface (141) is, so that a filling of the first interface (141) with the working fluid (151) between the first and the second heat transfer fluid (121, 122) is possible. Mikrofluidische Vorrichtung (100) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die erste Schnittstelle (141) eine zweite Trennschicht (143) umfasst, wobei die erste und die zweite Trennschicht (141, 143) bezüglich dem mit der ersten Schnittstelle (141) verbundenen ersten Fluidkanal (131), dem zweiten Fluidkanal (132) und dem ersten Arbeitsfluidkanal (161) derart angeordnet sind, dass über den ersten Arbeitsfluidkanal (161) in die erste Schnittstelle (141) eingeleitetes Arbeitsfluid (151) von über den ersten Fluidkanal (131) beziehungsweise über den zweiten Fluidkanal (132) eingeleitetem ersten beziehungsweise zweitem Wärmeträgerfluid (121, 122) durch die erste beziehungsweise zweite Trennschicht (143) getrennt wird.Microfluidic device (100) according to Claim 6 or 7 wherein the first interface (141) comprises a second separation layer (143), wherein the first and the second separation layer (141, 143) with respect to the first fluid channel (131) connected to the first interface (141), the second fluid channel (132). and the first working fluid channel (161) are arranged in such a way that working fluid (151) introduced into the first interface (141) via the first working fluid channel (161) from the first or first fluid channel (131) or via the second fluid channel (132) second heat transfer fluid (121, 122) through the first and second separation layer (143) is separated. Mikrofluidische Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die die erste Schnittstelle (141) mindestens zwei separate Ausformungen (162, 163) umfasst, welche mit dem ersten Arbeitsfluidkanal (161) verbunden sind.The microfluidic device (100) of any one of the preceding claims, wherein the first interface (141) comprises at least two separate formations (162, 163) connected to the first working fluid channel (161). Mikrofluidische Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 10, umfassend eine zweite Schnittstelle (170), wobei die zweite Schnittstelle (170) zwischen der ersten Kammer (111) und einem Bereich (30) außerhalb der Vorrichtung (100) für einen Wärmeaustausch zwischen der ersten Kammer (111) und einer in dem Bereich außerhalb der Vorrichtung (100) befindlichen Wärmequelle (50) oder Wärmesenke (50) angeordnet ist.Microfluidic device (100) according to one of Claims 2 to 10 comprising a second interface (170), the second interface (170) between the first chamber (111) and a region (30) outside the device (100) for heat exchange between the first chamber (111) and one in the region outside the device (100) located heat source (50) or heat sink (50) is arranged. Mikrofluidische Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (100) über den ersten Fluidkanal (131) mit einem außerhalb der Vorrichtung (100) befindlichen Reservoir (80) für erstes Wärmeträgerfluid (121) verbindbar ist.Microfluidic device (100) according to one of the preceding claims, wherein the device (100) via the first fluid channel (131) with a reservoir (80) located outside of the device (80) for first heat transfer fluid (121) is connectable. Verfahren (500) zum Betrieb einer mikrofluidischen Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte: • • Transport (502) von erstem Wärmeträgerfluid (121) über den ersten Fluidkanal (131) zur ersten Schnittstelle (141). • Transport (503) von in die Vorrichtung (100) eingebrachtem Arbeitsfluid (151) zur ersten Schnittstelle (141).Method (500) for operating a microfluidic device (100) according to one of the preceding claims, comprising the steps: • Transport (502) of first heat transfer fluid (121) via the first fluid channel (131) to the first interface (141). • Transport (503) of working fluid (151) introduced into the device (100) to the first interface (141). Verfahren (500) nach Anspruch 13, wobei während einer zumindest teilweisen Ausfüllung der ersten Schnittstelle (141) durch das Arbeitsfluid (151) für eine vorgegebene Zeitspanne kontinuierlich erstes Wärmeträgerfluid (121) über den ersten Fluidkanal (131) zur ersten Schnittstelle (141) gepumpt wird. Method (500) Claim 13 wherein during at least partial filling of the first interface (141) by the working fluid (151) for a predetermined time continuously first heat transfer fluid (121) via the first fluid channel (131) to the first interface (141) is pumped. Verfahren (500) nach einem der Ansprüche 12 bis 14 für einen Betrieb einer mikrofluidischen Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei das erste und das zweite Wärmeträgerfluid (121, 122) auf unterschiedliche Temperaturen gebracht und vorzugsweise anschließend mit dem Arbeitsfluid (151) in der ersten Schnittstelle (141) in Kontakt gebracht werden.Method (500) according to one of Claims 12 to 14 for operation of a microfluidic device (100) according to any one of Claims 7 to 12 wherein the first and second heat transfer fluid (121, 122) are brought to different temperatures and preferably subsequently contacted with the working fluid (151) in the first interface (141).
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