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Die Erfindung betrifft einen Deckelverschluss, insbesondere zum Abdichten von Behältern im biomedizinischen Bereich, sowie ein Verschlusssystem aufweisend einen erfindungsgemäßen Deckelverschluss sowie entweder einen Behälter mit an den Deckelverschluss angepasstem Behälterhals oder eine Adapterhülse für einen Behälter mit zylinderförmiger Öffnung.
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Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl verschiedener Deckelverschlüsse für eine Vielzahl verschiedener Anwendungen bekannt. Behälter zum Aufbewahren fluider Stoffe, wie beispielsweise Getränkeflaschen, werden häufig durch Schraubverschlüsse verschlossen, um ausreichende Dichtheit zu gewährleisten. Behälter zum Aufbewahren pulveriger Stoffe werden häufig durch Stopfen verschlossen, da diese weniger anfällig gegenüber Verschmutzung sind.
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Ebenfalls bekannt ist die Verwendung von Schnappverbindungen zum Befestigen oder Verschließen von Deckeln auf Behälteröffnungen. Lösbare Schnappverbindungen, wie beispielsweise aus der
DE 10 2005 041 702 A1 bekannt, werden dabei in der Regel für Behälter hochviskoser Stoffe, wie Gele oder dergleichen, genutzt, wo Dichtheit entsprechend einfacher zu gewährleisten ist. Im Bereich niederviskoser Stoffe kommen häufiger unlösbare Schnappverbindungen, wie beispielsweise aus der
EP 0 532 471 A1 bekannt, zum Einsatz.
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Darüber hinaus ist die Verwendung weiterer Verschlusstypen, wie beispielsweise Bajonettverbindungen, für Deckelverschlüsse bekannt. Um bei diesen Verschlüssen ausreichend Dichtheit zu gewährleisten sind in der Regel zusätzliche Dichtelemente erforderlich, die jedoch durch das Auf- und Zudrehen des Bajonettverschlusses aufgerieben werden können. Die
EP 0 413 896 A1 schlägt daher einen Deckel zum lösbaren Verschließen einer rohrförmigen Öffnung, insbesondere eines Öleinfüllstutzens mit einem Außendeckel und einem Innendeckel vor. Dabei dichtet der Innendeckel die rohrförmige Öffnung ab und der Außendeckel ist über einen Bajonettverschluss mit dieser verbunden. Vorteilhaft soll ein Öffnen des Deckels durch Drehen des Außendeckels und ohne Mitdrehen des Innendeckels ermöglicht werden.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Verschlusssysteme sind somit in der Regel entweder nicht lösbar oder nicht ausreichend dicht oder erreichen einen Kompromiss zwischen diesen Anforderungen nur durch einen komplizierten und schwer skalierbaren Aufbau. Somit sind diese bekannten Verschlusssysteme für biomedizinische Anwendungen, insbesondere für mikrofluidische Anwendungen, tendenziell ungeeignet. Bei diesen Anwendungen kommt erschwerend hinzu, dass eine mit der Komprimierung des Innenvolumens verbundene Erhöhung des Innendrucks beim Öffnen oder Schließen des Deckels zu vermeiden ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Deckelverschluss und ein Verschlusssystem, insbesondere für biomedizinische und/oder mikrofluidische Anwendungen, bereitzustellen, welche ein wiederholtes Öffnen und Schließen des Deckels, beispielsweise automatisiert, ebenso ermöglichen wie eine ausreichende Dichtheit im geschlossenen Zustand.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der Hauptansprüche. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweils rückbezogenen Unteransprüche.
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Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Deckelverschluss zum Verschließen einer Behälteröffnung, wobei die Behälteröffnung in einem zylinderförmigen Behälterhals angeordnet ist, der zumindest eine Hinterschneidung aufweist. Zum Verschließen dieser Behälteröffnung weist der erfindungsgemäße Deckelverschluss eine in Form und Größe an die Außenmaße des Behälterhalses angepasste Abdeckscheibe auf, welche zum Abdecken der Behälteröffnung ausgebildet ist. Mit anderen Worten wird durch die an die Außenmaße des Behälterhalses angepasste Abdeckscheibe die Behälteröffnung, welche zumindest um die Dicke der Behälterhalswandung geringer ausgedehnt ist, als die Außenmaße des Behälterhalses, sicher abgedeckt und verschlossen.
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Die Abdeckscheibe weist eine der Behälteröffnung zugewandte Unterseite und eine der Unterseite gegenüberliegende Oberseite auf. Der erfindungsgemäße Deckelverschluss weist eine sich lateral an die Abdeckscheibe anschließende und über deren Unterseite hinaus erstreckende Verschlusshülse auf. Mit anderen Worten umgibt die Verschlusshülse die Abdeckscheibe umfänglich und weist entlang einer Normalenrichtung der Unterseite der Abdeckscheibe eine größere Ausdehnung auf, als die Abdeckscheibe selbst. Der erfindungsgemäße Deckelverschluss weist ferner ein Dichtmaterial auf, welches zumindest in einer zwischen der Unterseite und der Verschlusshülse gebildeten Kante angeordnet ist. Bevorzugt erstreckt sich das Dichtmaterial jedoch darüber hinaus entlang der Unterseite der Abdeckscheibe und bedeckt besonders bevorzugt die gesamte Unterseite der Abdeckscheibe.
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Erfindungsgemäß geht die Verschlusshülse des Deckelverschlusses in einen Verbindungsabschnitt über, der in eine Mehrzahl von Schnapphaken segmentiert ist, die jeweils zum Eingriff in die zumindest eine Hinterschneidung des Behälterhalses ausgebildet sind. Mit anderen Worten erstreckt sich auch der Verbindungsabschnitt in eine Normalenrichtung der Unterseite der Abdeckscheibe hin zu der Behälteröffnung des Behälters und insbesondere über den Behälterhals. Die Schnapphaken sind bevorzugt zum Bilden einer lösbaren Schnappverbindung mit der zumindest einen Hinterschneidung des Behälterhalses ausgebildet.
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Ferner bevorzugt bilden die zumindest eine Hinterschneidung und die Schnapphaken zumindest abschnittsweise formideale Gegenstücke. Ebenfalls bevorzugt weist jeder der Schnapphaken eine nahe einer Unterkante des Verbindungsabschnitts befindliche und nach innen weisende Verdickung auf, welche zum Eingriff mit der zumindest einen Hinterschneidung ausgebildet ist. Auf Schnapphaken basierende Schnappverbindungen sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt und ermöglichen eine Anpassung der Schließ- und Lösekraft durch Änderung von Parametern wie dem Haltewinkel, dem Fügewinkel, der Schnapphöhe, der Biegesteifigkeit und/oder der Schnapplänge.
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Der erfindungsgemäße Deckelverschluss basiert somit auf dem Prinzip der segmentierten Ringschnappverbindung. Diese wird bislang vorrangig zur Verbindung rohrförmiger Segmente, jedoch nicht wie in der vorliegenden Erfindung für Behälterverschlüsse genutzt. Vorteilhaft ist der erfindungsgemäße Deckelverschluss rotationsfrei zu betätigen, so dass ein Verschleiß des eingesetzten Dichtmaterials ebenso wenig zu befürchten ist, wie Materialabrieb von dem Behälterhals. Der Einsatz einer segmentierten Ringschnappverbindung ermöglicht ferner das exakte Einstellen auf das Dichtmaterial wirkenden Dichtkraft. Somit wird eine hervorragende Abdichtung der Behälteröffnung erzielt, ohne dass beim Öffnen oder Schließen des Deckelverschlusses der Innendruck des Behälters durch Komprimierung des Innenvolumens signifikant ansteigt. Folglich ist der Deckelverschluss der Erfindung besonders für Mikrofluidik - Anwendungen geeignet.
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Die Dicke des Dichtmaterials ist bevorzugt so gewählt, dass eine Komprimierung des Dichtmaterials notwendig ist, um die Schnapphaken in die zumindest eine Hinterschneidung einzuschnappen. Besonders bevorzugt bewirkt die Komprimierung des Dichtmaterials eine Abdichtung der Behälteröffnung, insbesondere eine Abdichtung zwischen Deckelverschluss und Behälterhals. Ebenfalls bevorzugt ist eine Dicke des Dichtmaterials und ein Abstand zwischen der Unterseite der Abdeckescheibe und der Oberseite des Behälterhalses bei eingeschnappten Schnapphaken so gewählt, dass eine gewünschte Komprimierung des Dichtmaterials erreicht wird. Bei feststehender Hinterschneidung eines Behälterhalses ist dieser Abstand ist bevorzugt durch die Länge des Verbindungsabschnitts beziehungsweise der Schnapphaken einstellbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Deckelverschlusses erstreckt sich die Verschlusshülse in Richtung der Behälteröffnung über die Unterseite der Abdeckscheibe und über das Dichtmaterial hinaus. Mit anderen Worten weist die Verschlusshülse entlang einer Normalenrichtung der Unterseite der Abdeckscheibe eine größere Ausdehnung auf, als das Dichtmaterial in derselben Richtung. Vorteilhaft wird somit ein Überlapp zwischen der Verschlusshülse und dem Behälterhals erzeugt, der das Dichtmaterial begrenzt und somit die Dichtheit des Deckelverschlusses weiter verbessert.
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Ein Überlapp zwischen Verschlusshülse und dem Behälterhals ist jedoch nicht notwendig, da die Dichtwirkung des erfindungsgemäßen Deckelverschlusses vorrangig aus der Komprimierung des Dichtmaterials durch eine entlang der Normalenrichtung der Abdeckscheibe wirkenden Dichtkraft resultiert. Bevorzugt wird die Dichtkraft dabei zunächst durch einen Nutzer, ein Werkzeug und/oder automatisiert aufgebracht, wenn der Deckelverschluss auf den Behälterhalts aufgesetzt wird. Mittels der Verbindung zwischen den Schnapphaken und der zumindest einen Hinterschneidung sowie dem bevorzugt elastischen Dichtmaterial wird diese Dichtkraft bevorzugt dauerhaft aufrecht erhalten. Die Dichtkraft bewirkt eine Komprimierung des Dichtmaterials und gegebenenfalls eine Ausdehnung des Dichtmaterials, insbesondere in einer Richtung quer zur Wirkungsrichtung der Dichtkraft. Die Ausdehnung trägt dabei vorteilhaft zur Abdichtung des Behälterhalses bei. Somit kann eine verbesserte Abdichtung des Behälterhalses auch ohne Überlapp zwischen Verschlusshülse und Behälterhals erzielt werden.
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In einer ferner bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Deckelverschlusses ist die Innenwandung des Deckelverschlusses, insbesondere des Verbindungsabschnitts, von einer Außenwandung des Behälterhalses beabstandet. Durch die verminderte Reibung zwischen Deckelverschluss und Behälterhals ist die kraftschlüssige Verbindung zwischen den Schnapphaken und der mindestens einen Hinterschneidung besonders gezielt einstellbar, insbesondere durch die Wahl des Abstands zwischen der Unterseite der Abdeckescheibe und der Oberseite des Behälterhalses bei eingeschnappten Schnapphaken und/oder die Wahl der Dicke des Dichtmaterials. Somit ist eine gewünschte Komprimierung des Dichtmaterials einstellbar, welche für die Abdichtung sorgt.
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Besonders bevorzugt verjüngt sich der Deckelverschluss, insbesondere der Verbindungsabschnitt. Bevorzugt verjüngt sich zumindest die Außenwandung beziehungsweise das Innenvolumen des Verbindungsabschnitts, insbesondere in Normalenrichtung der Unterseite der Abdeckscheibe. Mit anderen Worten nimmt eine Querschnittsfläche des Innenvolumens des Verbindungsabschnitts mit zunehmendem Abstand von der Abdeckscheibe ab. Dies kann unabhängig von den Außenmaßen des Verbindungsabschnitts erfolgen, ebenso bevorzugt verjüngt sich jedoch der gesamte Verbindungsabschnitt mit konstanter Wandstärke. Die Verjüngung zumindest des Verbindungsabschnitts trägt vorteilhaft zum Kraftschluss zwischen Verbindungsabschnitt und Behälterhals und somit zur Dichtwirkung des Deckelverschlusses bei.
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Ebenfalls bevorzugt ist der Verbindungsabschnitt aus einem langzeitelastischen Material gebildet. Die Langzeitelastizität hält vorteilhaft die Mehrzahl der Schnapphaken dauerhaft unter Spannung und ermöglicht die langzeitbeständige lösbare Schnappverbindung zwischen Deckelverschluss und Behälterhals. Das langzeitelastische Material bewirkt bei geeigneter Dimensionierung des Deckelverschlusses ferner das Aufrechthalten der Schließkraft der segmentierten Ringschnappverbindung und somit das langzeitbeständige Abdichten des Deckelverschlusses, insbesondere durch die langzeitbeständige Komprimierung des Dichtmaterials. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem dauerelastischen Material um ein ungefülltes teilkristallines Thermoplast, beispielsweise PE, PP, PA kondensiert, PA trocken, POM, oder PBT, um ein amorphes ungefülltes Thermoplast, beispielsweise PC, (PC+ABS), ABS, CAB, PVC, PS, oder um einen glasfasergefüllten Thermoplast, beispielsweise PA-GF30, GF-PC, GF-PBT, GF-ABS, GF-PPS. Ebenfalls bevorzugt handelt es sich auch bei dem Dichtmaterial um ein elastisches Material, so dass eine Dichtkraft langzeitbeständig in dem komprimierten Dichtmaterial gespeichert ist.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Deckelverschlusses ist der Verbindungsabschnitt durch eine Mehrzahl sich entlang des Behälterhalses erstreckender Schlitze segmentiert. Mit anderen Worten weist der Verbindungsabschnitt entlang seines Umfangs eine Mehrzahl von Ausnehmungen auf, welche sich von einer Unterkante des Verbindungsabschnitts in Richtung der Unterseite der Abdeckscheibe erstrecken. Bevorzugt erstrecken sich die Ausnehmungen von der Unterkante entlang von 50%, bevorzugt 60%, 70%, 80% oder 90% der Ausdehnung des Verbindungsabschnitts entlang der Normalenrichtung der Unterseite der Abdeckscheibe. Die Länge, Breite und Anzahl der Ausnehmungen beeinflusst dabei die Elastizität der Schnapphaken und somit die zum Öffnen der Schnappverbindung notwendige Lösekraft. Die Länge der Schnapphaken ist ferner bevorzugt an die Lage der zumindest einen Hinterschneidung an dem Behälterhals bestimmt Die Ausnehmungen ermöglichen vorteilhaft ein Entweichen von Luft oder anderen Gasen aus dem Behälter beim Aufsetzen des Deckelverschlusses. Somit wird eine Komprimierung des Behälterinnenvolumens und somit ein Behälterinnendruckanstieg vorteilhaft vermieden.
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Ferner bevorzugt ist der erfindungsgemäße Deckelverschluss zum Verschließen eines kreiszylinderförmigen Behälterhalses ausgebildet. Ein Kreiszylinder ist dabei ein Zylinder mit einer kreisförmigen Grundfläche beziehungsweise einer kreisförmigen Leitkurve. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform ist ferner die Abdeckscheibe kreisscheibenförmig ausgebildet und die Verschlusshülse erstreckt sich bevorzugt in Richtung der Rotationsachse des Behälterhalses. Ferner bevorzugt weisen in dieser Ausführungsform die Verschlusshülse sowie der Verbindungsabschnitt eine kreiszylinderförmige Grundform auf. Gemäß dieser Ausführungsform ist das Öffnen beziehungsweise Schließen des erfindungsgemäßen Deckelverschlusses somit vorteilhaft rotationsinvariant gegenüber der Ausrichtung des Deckelverschlusses.
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In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform korrespondieren die Schlitze beziehungsweise die Ausnehmungen des Verbindungsabschnitts zu Kantenbereichen des Behälterhalses. Gemäß dieser Ausführungsform ist der erfindungsgemäße Deckelverschluss zum Verschließen eines zylinderförmigen Behälterhalses mit einer polygonalen Grundfläche beziehungsweise polygonalen Leitkurve ausgebildet. In dieser Ausführungsform kann der Deckelverschluss somit nur in bestimmten Rotationspositionen auf den Behälterhals aufgesetzt werden. Folglich ist der Deckelverschluss somit vorteilhaft drehgesichert. Durch Anordnung der Schlitze korrespondierend zu den Kantenbereichen sind die Schlitze zudem einfach erzeugbar.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Deckelverschlusses erstreckt sich ein Griffelement von der Oberseite der Abdeckscheibe, welche sich gegenüber von der Unterseite der Abdeckscheibe befindet und in eine entgegengesetzte Richtung erstreckt. Das Griffelement ermöglicht vorteilhaft ein erleichtertes Aufsetzen und Abziehen des Deckelverschlusses von dem Behälterhals, besonders bevorzugt mittels eines automatisierten Greifens des Deckelverschlusses. Besonders bevorzugt weist das Griffelement dazu einen mit der Oberseite verbundenen ersten Abschnitt und einen über den ersten Abschnitt in lateraler Richtung auskragenden zweiten Abschnitt auf. Der zweite Abschnitt schließt sich dabei in Normalenrichtung der Oberseite der Abdeckscheibe an den ersten Abschnitt an. Diese Ausgestaltung ermöglicht vorteilhaft ein sicheres, insbesondere sicheres automatisiertes Greifen des Deckelverschlusses, insbesondere mit einem Automatikgreifer.
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In einer ebenfalls besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Deckelverschlusses sind zumindest die Abdeckscheibe, die Verschlusshülse, der Verbindungsabschnitt und gegebenenfalls das Griffelement einstückig aus Kunststoff ausgebildet. Besonders bevorzugt handelt es sich um ein monolithisches Spritzgussteil. Ebenfalls bevorzugt sind die Abdeckscheibe, die Verschlusshülse, der Verbindungsabschnitt, das Dichtmaterial und gegebenenfalls das Griffelement einstückig aus Kunststoff ausgebildet. Ebenfalls bevorzugt handelt es sich bei dem Dichtmaterial jedoch um einen elastomeren Dichtring, eine Lippen- oder Flachdichtung. Die Verwendung eines einstückig ausgebildeten Kunststoff-Deckelverschlusses ermöglicht vorteilhaft eine kostengünstige und einfache Massenfertigung des Deckelverschlusses.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verschlusssystem mit einem erfindungsgemäßen Deckelverschluss, wie vorstehend beschrieben, und einem Behälter, wobei der Behälter eine in einem zylinderförmigen Behälterhals angeordnete Behälteröffnung aufweist, wobei der Behälterhals zumindest eine Hinterschneidung aufweist, und wobei der Deckelverschluss zum lösbaren Verschließen der Behälteröffnung und zum Herstellen einer lösbaren Schnappverbindung mit der zumindest einen Hinterschneidung ausgebildet ist. Die Hinterschneidung ist dabei bevorzugt als zumindest eine Vertiefung einer Außenfläche des Behälterhalses ausgebildet. Ebenfalls bevorzugt geht die Vertiefung mit zumindest einer Querschnittsminderung des Behälterhalses einher. Das Verschlusssystem ermöglicht vorteilhaft ein wiederholtes Öffnen und Schließen des Behälters durch rotationsfreies Abziehen und Einstecken des Deckelverschlusses, insbesondere maschinell sowie ohne Kompression eines Innenraumvolumens des Behälters, wobei der geschlossene Deckelverschluss den Behälter dennoch abdichtet und insbesondere fluiddicht abdichtet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verschlusssystems weist dieses einen zum Verschließen eines kreiszylinderförmigen Behälterhalses ausgebildeten Deckelverschluss auf, wie vorstehend im Detail beschrieben. Gemäß dieser Ausführungsform weist der Behälter bevorzugt einen kreiszylinderförmigen Behälterhals auf, in dem eine ringförmig umlaufende Hinterschneidung ausgebildet ist. Dies trägt vorteilhaft zur Rotationsinvarianz der Verbindung zwischen dem Deckelverschluss und dem Behälterhals bei. Die kreisförmige Hinterschneidung ist besonders bevorzugt als eine lokale Verengung, das heißt Querschnittsminderung, des Behälterhalses, sprich als eine Einschnürung, ausgebildet.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verschlusssystem mit einem erfindungsgemäßen Deckelverschluss, wie vorstehend beschrieben, und einer Adapterhülse zum Einsetzen beziehungsweise Aufsetzen auf eine Öffnung eines Behälters. Hierzu weist die Adapterhülse des erfindungsgemäßen Verschlusssystems einen ersten zylinderförmigen Abschnitt auf, der zur fluiddichten Verbindung der Adapterhülse mit einer Öffnung eines Behälters ausgebildet ist. Ferner weist die Adapterhülse einen zweiten zylinderförmigen Abschnitt mit zumindest einer Hinterschneidung auf, welche wie obenstehend mit Bezug zu dem Behälterhals erläutert ausgebildet sein kann. Erfindungsgemäß fungiert der zweite zylinderförmige Abschnitt der Adapterhülse als zylinderförmiger Behälterhals, wie obenstehend im Zusammenhang mit dem Deckelverschluss beziehungsweise dem zu verschließenden Behälter beschrieben. Mit anderen Worten erfüllt der zweite zylinderförmige Abschnitt in dem Verschlusssystem dieselben Funktionen, wie der Behälterhals, und ermöglicht insbesondere ein fluiddichtes Auf- und Absetzen des Deckelverschlusses, bevorzugt rotationsinvariant, automatisiert und ohne eine Erhöhung des Behälterinnendrucks beim Aufsetzen des Deckelverschlusses. Mit anderen Worten verlängert die Adapterhülse die Öffnung des Behälters zu der im Kontext der vorliegenden Anmeldung im zweiten zylinderförmigen Abschnitt angeordneten erfindungsgemäßen Behälteröffnung, wobei die Öffnung des Behälters und die Behälteröffnung fluidisch miteinander verbunden sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verschlusssystems weist der erste zylinderförmige Abschnitt ein Verbindungselement zum kraft-, stoff- und/oder formschlüssigen fluiddichten Anschluss an den Behälter, insbesondere die Öffnung des Behälters, auf. Bei dem Verbindungselement handelt es sich bevorzugt um ein auf dem ersten zylinderförmigen Abschnitt ausgebildetes Außengewinde, welches in ein Innengewinde eingreift, dass in der Öffnung des Behälters angeordnet ist. Dies ermöglicht vorteilhaft eine lösbare fluiddichte Verbindung zwischen Adapterhülse und Behälter. Alternativ bevorzugt handelt es sich bei dem Verbindungselement um eine Ringschnappverbindung. Mit anderen Worten weist der erste zylinderförmige Abschnitt eine ringförmig umlaufende Wulst auf, die zum Eingriff mit einer in der Öffnung des Behälters angeordneten und ringförmig umlaufenden Hinterschneidung ausgebildet ist. Dies ermöglicht vorteilhaft eine lösbare oder unlösbare Verbindung zwischen Adapterhülse und Behälter.
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Ebenfalls bevorzugt ist der erste zylinderförmige Abschnitt analog zum oben beschriebenen Verbindungsabschnitt des erfindungsgemäßen Deckelverschlusses mit mehreren Schnapphaken ausgebildet. Alternativ kann der erste zylinderförmige Abschnitt ohne Verbindungselement, beispielsweise allein durch eine Presspassung, in der Öffnung des Behälters befestigt werden. In einer ferner bevorzugten Ausführungsform weist der erste zylinderförmige Abschnitt zudem ein Abdichtelement auf. Das Abdichtelement ist bevorzugt als Auskragung ausgebildet, welche beim Einführen des ersten zylinderförmigen Abschnitts in die Öffnung des Behälters auf einer Behälteroberseite dichtend zum Liegen kommt. Zwischen dem Abdichtelement und der Behälteroberseite ist ferner bevorzugt eine Dichtung und/oder ein Dichtmaterial angeordnet. Ebenfalls bevorzugt weisen der erste und zweite zylinderförmige Abschnitt verschiedene Ausdehnungen auf, wobei das Abdichtelement durch die Auskragung des zweiten zylinderförmigen Abschnitts über den ersten zylinderförmigen Abschnitt gebildet ist.
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In einer ferner bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verschlusssystems wie vorstehend beschrieben, handelt es sich bei dem Behälter um einen Multi-Organ-Chip mit einer Mehrzahl von Öffnungen des Behälters. Zumindest einige dieser Öffnungen des Behälters sind dabei zur Aufnahme von Lebendgewebe ausgebildet und/oder durch Mikrofluidik-Kanäle miteinander verbunden. Die Aufnahme von Lebendgewebe kann dabei unmittelbar oder über einen entsprechenden Einsatz erfolgen. Multi-Organ-Chips sind dem Fachmann aus dem Bereich der Biotechnologie bekannt, beispielsweise aus den folgenden Veröffentlichungen: Marx et al. „Biology-inspired microphysiological system approaches to solve the prediction dilemma of substance testing“ ALTEX 33(3), 2016; Hasenberg et al. „Miniaturisierte menschliche Organe auf dem Chip" Biospektrum (2017) 23: 301; Hasenberg et al. „Emulating human microcapillaries in a multi-organ-chip platform", J Biotechnol. 2015 Dec 20;216:1-10; Materne et al. „The Multi-organ Chip - A Microfluidic Platform for Long-term Multi-tissue Coculture", J Vis Exp. 2015; (98): 52526; Pilarek et al. „Biological cardio-micro-pumps for microbioreactors and analytical micro-systems", Sensors and Actuators B - Chemical, ISSN 0925-4005; Sonntag et al. „Miniaturisierte humane organtypische Zell- und Gewebekulturen" Biospektrum (2011) 17: 418 und Sonntag et al. „Design and prototyping of a chip-based multimicro-organoid culture system for substance testing, predictive to human (substance) exposure", Journal of biotechnology 148 (2010), No.1, pp.70-75, auf deren gesamten Inhalt hiermit vollumfänglich Bezug genommen wird.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Adapterhülse für ein erfindungsgemäßes Verschlusssystem, wie obenstehend beschrieben. Die erfindungsgemäße Adapterhülse weist bevorzugt einen ersten zylinderförmigen Abschnitt auf, der zur fluiddichten Verbindung der Adapterhülse mit einer Öffnung eines Behälters ausgebildet ist. Ferner weist die Adapterhülse einen zweiten zylinderförmigen Abschnitt mit zumindest einer Hinterschneidung auf, welche wie obenstehend mit Bezug zu dem Behälterhals erläutert ausgebildet sein kann. Erfindungsgemäß fungiert der zweite zylinderförmige Abschnitt der Adapterhülse als zylinderförmiger Behälterhals, wie obenstehend im Zusammenhang mit dem Deckelverschluss beziehungsweise dem zu verschließenden Behälter beschrieben. Mit anderen Worten erfüllt der zweite zylinderförmige Abschnitt der Adapterhülse dieselben Funktionen, wie der Behälterhalts, und ermöglicht insbesondere ein fluiddichtes Auf- und Absetzen des Deckelverschlusses, bevorzugt rotationsinvariant, automatisiert und ohne eine signifikante Erhöhung des Behälterinnendrucks beim Aufsetzen des Deckelverschlusses. Mit anderen Worten ist die erfindungsgemäße Adapterhülse dazu ausgebildet, die Öffnung des Behälters zu der im Kontext der vorliegenden Erfindung im zweiten zylinderförmigen Abschnitt angeordneten erfindungsgemäßen Behälteröffnung zu verlängern, wobei die Öffnung des Behälters und die Behälteröffnung fluidisch miteinander verbunden sind.
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Bevorzugt weist der erste zylinderförmige Abschnitt der Adapterhülse ein Verbindungselement zum kraft-, stoff- und/oder formschlüssigen fluiddichten Anschluss an einem Behälter auf. Bei dem Verbindungselement handelt es sich bevorzugt um ein auf dem ersten zylinderförmigen Abschnitt ausgebildetes Außengewinde, welches in ein Innengewinde eingreift, dass in einer Öffnung des Behälters angeordnet ist. Dies ermöglicht vorteilhaft eine lösbare fluiddichte Verbindung zwischen Adapterhülse und Behälter. Alternativ bevorzugt handelt es sich bei dem Verbindungselement um eine Ringschnappverbindung. Mit anderen Worten weist der erste zylinderförmige Abschnitt eine ringförmig umlaufende Wulst auf, die zum Eingriff mit einer in einer Öffnung des Behälters angeordneten und ringförmig umlaufenden Hinterschneidung ausgebildet ist. Dies ermöglicht vorteilhaft eine lösbare oder unlösbare Verbindung zwischen Adapterhülse und Behälter.
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Ebenfalls bevorzugt ist der erste zylinderförmige Abschnitt analog zum oben beschriebenen Verbindungsabschnitt des erfindungsgemäßen Deckelverschlusses mit mehreren Schnapphaken ausgebildet. Alternativ ist der erste zylinderförmige Abschnitt ohne Verbindungselement, beispielsweise allein durch eine Presspassung, in einer Öffnung des Behälters befestigt. In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform weist der erste zylinderförmige Abschnitt zudem ein Abdichtelement auf. Das Abdichtelement ist bevorzugt als Auskragung ausgebildet, welche beim Einführen des ersten zylinderförmigen Abschnitts in eine Öffnung des Behälters auf einer Oberseite des Behälters dichtend zum Liegen kommt. Zwischen dem Abdichtelement und der Behälteroberseite ist ferner bevorzugt eine Dichtung und/oder ein Dichtmaterial angeordnet. Ebenfalls bevorzugt weisen der erste und zweite zylinderförmige Abschnitt verschiedene Ausdehnungen auf, wobei das Abdichtelement durch die Auskragung des zweiten zylinderförmigen Abschnitts über den ersten zylinderförmigen Abschnitt gebildet ist. Ebenfalls bevorzugt liegt das Abdichtelement für eine genaue Positionierung direkt auf der Behälteroberseite auf. Dabei ist ein Abdichtelement zusätzlich mit in der Verbindung integriert, beispielsweise umfänglich zum Abdichtelement angeordnet, oder gänzlich verzichtbar.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein System aus einem Verschlusssystem, aufweisend einen erfindungsgemäßen Deckelverschluss, wie vorstehend beschrieben, eine erfindungsgemäße Adapterhülse, wie vorstehend beschrieben, und einen Behälter. Der Behälter weist bevorzugt zumindest eine Öffnung auf. Die Öffnung des Behälters ist nicht zwangsläufig in einem Behälterhals angeordnet, da im Kontext der vorliegenden Erfindung der zweite zylinderförmige Abschnitt als Behälterhals fungiert, der die Öffnung des Behälters auf die erfindungsgemäße Behälteröffnung verlängert beziehungsweise abbildet. Somit weist der als erfindungsgemäßer Behälterhals fungierende zweite zylinderförmige Abschnitt die zumindest eine Hinterschneidung (und die Behälteröffnung) auf. Bevorzugt handelt es sich bei dem Behälter um einen Multi-Organ-Chip, wie vorstehend beschrieben. In diesem Fall handelt es sich bei den Behälteröffnungen bevorzugt um eine Vielzahl von in einem plattenförmigen Träger angeordneten Vertiefungen, welche zumindest teilweise über Mikrofluidik-Kanäle miteinander verbunden sind. Vorteilhaft sind diese Behälteröffnungen mit dem erfindungsgemäßen Verschlusssystem wiederholbar dichtend verschließbar, wobei das Verschließen der Behälteröffnungen rotationsfrei und ohne Kompression des Behälterinnenraumvolumens erfolgt, so dass die Mikrofluidik des Multi-Organ-Chips nicht nachteilig beeinflusst wird. Ebenfalls vorteilhaft ist der Deckelverschluss automatisiert beziehungsweise maschinell auf die Adapterhülse aufsetzbar beziehungsweise von dieser abnehmbar. Dies ermöglicht vorteilhaft die Verwendung des erfindungsgemäßen Systems in high throughput Verfahren.
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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen. Die verschiedenen hierin genannten Ausführungsformen sind, sofern nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 einen erfindungsgemäßen Deckelverschluss gemäß (A) einer ersten Ausführungsform und (B) einer zweiten Ausführungsform;
- 2 ein erfindungsgemäßes Verschlusssystem aus einem Deckelverschluss und einer Adapterhülse in (A) einer Detaildarstellung und (B) einer partiellen Schnittdarstellung; und
- 3 eine erfindungsgemäßes Verschlusssystem in (A) mit einem Deckelverschluss und einem Behälter in einer Schnittdarstellung.
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1 zeigt ein insgesamt mit 10 bezeichneten Deckelverschluss gemäß einer ersten Ausführungsform (A) und gemäß einer zweiten Ausführungsform (B) jeweils in einer Frontaldarstellung. Der Deckelverschluss 10 der 1 (A) ist in den 2 (A) und (B) in Kombination mit einer Adapterhülse 60 als Teil eines Verschlusssystems 200 dargestellt. Im Folgenden wird zunächst der Deckelverschluss 10 der 1 (A) unter Bezugnahme auf die 1 und 2 und anschließend der Deckelverschluss 10 der 1 (B) beschrieben.
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Der in der 1 (A) gezeigte Deckelverschluss 10 weist eine kreiszylinderförmige Abdeckscheibe 11 auf, die zum Abdecken einer polygonalen Öffnung einer Adapterhülse 60 ausgebildet ist, welche eine Behälteröffnung 52 verlängert und somit im Verschlusssystem 200 als Behälteröffnung 52 fungiert. An die Abdeckscheibe 11 schließt sich lateral eine hohlzylinderförmige Verschlusshülse 13 an, welche einteilig mit der Abdeckscheibe 11 aus Kunststoff ausgebildet ist. Die Verschlusshülse 13 erstreckt sich in Normalenrichtung der Unterseite 12 der Abdeckscheibe 11 über die Unterseite 12 der Abdeckscheibe 11 hinaus. In einer zwischen der Verschlusshülse 13 und der Unterseite 12 der Abdeckscheibe 11 gebildeten Kante ist ein Dichtmaterial 14 in Form eines Dichtrings angeordnet.
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In der Normalenrichtung der Unterseite 12 der Abdeckscheibe 11 geht die Verschlusshülse 13 in einen Verbindungsabschnitt 15 über, welcher einteilig mit der Abdeckscheibe 11 aus Kunststoff ausgebildet ist. Der Verbindungsabschnitt 15 weist dabei eine sich in der Normalenrichtung der Unterseite 12 der Abdeckscheibe 11 verjüngende zylindrische Grundform auf. Von einer Unterkante des Verbindungsabschnitts 15 erstrecken sich eine Mehrzahl von Schlitzen 19 in etwa bis zu der Verschlusshülse 13. Somit ist der Verbindungsabschnitt 15 in eine Mehrzahl von Schnapphaken 16 segmentiert, wobei jeder Schnapphaken 16 dauerelastisch ausgebildet ist und an seinem unteren Ende einer Verdickung 17 aufweist, die zum Eingriff mit einer Hinterschneidung 53, 63 eines Behälterhalses 51 oder einer Adapterhülse 60 ausgebildet ist.
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Von der Oberseite 21 der Abdeckscheibe 11 erstreckt sich ein Griffelement 20, welches einen mit der Oberfläche 21 der Abdeckscheibe 11 verbundenen ersten Abschnitt 22 und einen über den ersten Abschnitt 22 auskragenden zweiten Abschnitt 23 aufweist. Somit ergibt sich ein insgesamt pilzförmiges Griffelement 20, welches besonders einfach und sicher auch maschinell zu greifen ist. Der Deckelverschluss 10 der 1 (A) weist einen zylinderförmigen ersten Abschnitt 22 und einen zylinderförmigen zweiten Abschnitt 23 auf, wobei der Durchmesser des zweiten zylinderförmigen Abschnitts 23 größer ist als der Durchmesser des ersten zylinderförmigen Abschnitts 22. Der Deckelverschluss 10 der 1 (B) weist einen zylinderförmigen ersten Abschnitt 22 und einen kugelförmigen zweiten Abschnitt 23 auf, wobei der Durchmesser des zweiten Abschnitts 23 größer ist als der des ersten Abschnitts 22.
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In den 2 (A) und (B) ist der Deckelverschluss 10 der 1 (A) in Eingriff mit einer Adapterhülse 60 gezeigt, wobei Deckelverschluss 10 und Adapterhülse 60 gemeinsam ein erfindungsgemäßes Verschlusssystem 200 bilden. Die Adapterhülse 60 weist einen ersten zylinderförmigen Abschnitt 61 auf, welcher zum Ausbilden einer fluiddichten Verbindung der Adapterhülse 60 mit einer Öffnung eines Behälters 50 ausgebildet ist. Insbesondere wird der erste zylinderförmige Abschnitt 61 dazu in die Öffnung des Behälters eingesetzt. Der erste zylinderförmige Abschnitt 61 weist ferner ein Verbindungselement 64 in Form eines Außengewindes auf, welches zum Eingriff mit einem in einer Öffnung des Behälters angeordneten Innengewinde (nicht dargestellt) ausgebildet ist. Der erste zylinderförmige Abschnitt 61 weist ferner ein Abdichtelement 65 auf, dessen Unterseite auf einer Oberseite eines Behälters 50 zum Liegen kommt, wenn der erste zylinderförmige Abschnitt 61 in die Öffnung des Behälters eingesetzt wird, und somit eine zusätzliche Abdichtung der Öffnung des Behälters bewirkt.
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Die Adapterhülse 60 weist ferner einen zweiten zylinderförmigen Abschnitt 62 auf, der einen größeren Durchmesser aufweist, als der erste zylinderförmige Abschnitt 61. In der in den 2 (A) und (B) gezeigten Ausführungsform ist das Abdichtelement 65 somit durch den Rücksprung der Adapterhülse 60 am Übergang von dem ersten zylinderförmigen Abschnitt 61 zu dem zweiten zylinderförmigen Abschnitt 62 gebildet. Der zweite zylinderförmigen Abschnitt 62 der Adapterhülse 60 weist ferner zumindest eine Hinterschneidung 63 auf und fungiert ferner im Zusammenspiel mit dem Deckelverschluss 10 als zylinderförmiger Behälterhals 51. Mit anderen Worten dient die Adapterhülse 60 der Verlängerung einer Öffnung des Behälters 50, die gegebenenfalls keine Hinterschneidung aufweist, durch beziehungsweise auf die Öffnung des zweiten zylinderförmigen Abschnitts 62, der als erfindungsgemäßer Behälterhals 51 fungiert und auf den ein Deckelverschluss 10 aufsetzbar ist.
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Wie in den 2 (A) und (B) dargestellt, erstreckt sich die Verschlusshülse 13 in der Normalenrichtung der Unterseite 12 der Abdeckscheibe 11 über die Abdeckscheibe 11 hinaus und liegt an einer Außenwandung 54 des ersten zylinderförmigen Abschnitts 61 der Verschlusshülse 60 an. Die Verschlusshülse 13 geht in den Verbindungsabschnitt 15 mit den Schnapphaken 16 über, wobei letztere in die Hinterschneidung 63 eingeschnappt sind. Somit wird ein unbeabsichtigtes Abgleiten des Deckelverschlusses 10 von der Adapterhülse 60 verhindert sowie das Dichtmaterial 14 komprimiert. Die Komprimierung des Dichtmaterials 14 wird eine dichtende Verbindung zwischen der Verschlusshülse 60 und dem Deckelverschluss 10 erzeugt. Die in Normalenrichtung für die Komprimierung des Dichtmaterials 14 notwendige Kraftwird durch den Verbindungsabschnitt 15 des Deckelverschlusses 10 erzeugt, indem mittels der Schnappverbindung zwischen Schnapphaken 16 und Hinterschneidung 63 einen Kraftschluss erzeugt wird.
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Zusätzlich zu dem in den 2 (A) und (B) dargestellten erfindungsgemäßen Verschlusssystem 200 aus einem Deckelverschluss 10 und einer Adapterhülse 60 ist der erfindungsgemäße Deckelverschluss 10 auch direkt mit einem Behälter 50 nutzbar, wie beispielsweise in der 3 dargestellt. Auch in diesem Fall ist der Deckelverschluss 10 erfindungsgemäß ausgestaltet, also insbesondere mit einer Abdeckscheibe 11, die in Form und Größe an die Außenmaße des Behälterhalses 51 angepasst und zum Abdecken einer Behälteröffnung 52 ausgebildet ist, einer sich lateral an die Abdeckscheibe 11 anschließenden Verschlusshülse 13 und einem sich in Normalenrichtung der Unterseite 12 der Abdeckscheibe an die Verschlusshülse 13 anschließenden Verbindungsabschnitt 15. Im Gegensatz zu dem Verschlusssystem 200 der 2 (A) und (B), wo die Verdickungen 17 der Spannhaken 16 in eine ringförmig umlaufende Vertiefung 63 der als Behälterhals 51 fungierenden Adapterhülse 60, insbesondere von deren zweitem zylinderförmigen Abschnitts 62, eingreifen, greifen in dem Verschlusssystem 100 der 3 die Verdickungen 17 der Spannhaken 16 in eine ringförmig umlaufende Hinterschneidung 53 des Behälterhalses 51 selbst ein. Eine Adapterhülse 60 ist somit zum Befestigen des Verschlussdeckels 10 auf dem Behälter 50 nicht notwendig. Der Deckelverschluss 10 des Verschlusssystems 10 unterscheidet sich ferner von dem des Verschlusssystems 200, da das Dichtmaterial 14 als eine durchgehende Lage auf der Unterseite 12 der Abdeckscheibe 11 angeordnet ist. Somit wird eine Dichtwirkung des Deckelverschlusses 10 verbessert und Kontakt von Behälterinhalt und Deckel 10 vermieden.
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Eine Schließ- beziehungsweise Lösekraft des in der 3 gezeigten Deckelverschlusses 10 kann über die dort dargestellten Parameter f, β und / und weiteren Parametern, die die Biegesteifigkeit des Schnapphakens beeinflussen angepasst werden. Dazu gehören die Hakendicke, die Materialkennwerte (E-Modul) und die Breite des Hakens. Dabei bezeichnet der Parameter / die Schnapplänge eines Schnapphakens 16 als die Länge des elastischen Arms des Schnapphakens 16, der Parameter f die Schnapphöhe als Tiefe der Hinterschneidung 53 des Behälterhalses 51 und der Winkel β den Haltewinkel des Schnapphakens 16. Vereinfacht gesagt, ist die Schnappverbindung zwischen Schnapphaken 16 und Hinterschneidung 53 um so leichter lösbar, desto kleiner der Haltewinkel β und die Schnapphöhe f von Schnapphaken 16 und Hinterschneidung 53 sind und desto größer die Schnapplänge / des Schnapphakens 16 und desto kleiner die Biegesteifigkeit des Schnapphakens ist. Wege zur Bestimmung der geeigneten Auslegung einer Schnappverbindung, beispielsweise durch Festlegung der Schließkraft und/oder der Lösekraft, sind dem Fachmann bekannt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Deckelverschluss
- 11
- Abdeckscheibe
- 12
- Unterseite (Abdeckscheibe)
- 13
- Verschlusshülse
- 14
- Dichtmaterial
- 15
- Verbindungsabschnitt
- 16
- Schnapphaken
- 17
- Verdickung
- 18
- Innenwandung
- 19
- Schlitze
- 20
- Griffelement
- 21
- Oberseite (Abdeckscheibe)
- 22
- erster Abschnitt (Griffelement)
- 23
- zweiter Abschnitt (Griffelement)
- 50
- Behälter
- 51
- Behälterhals
- 52
- Behälteröffnung
- 53
- Hinterschneidung
- 54
- Außenwandung
- 55
- Hinterschneidung (ringförmig)
- 60
- Adapterhülse
- 61
- erster zylinderförmiger Abschnitt (Adapterhülse)
- 62
- zweiter zylinderförmiger Abschnitt (Adapterhülse)
- 63
- Hinterschneidung
- 64
- Verbindungselement
- 65
- Abdichtelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005041702 A1 [0003]
- EP 0532471 A1 [0003]
- EP 0413896 A1 [0004]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Hasenberg et al. „Miniaturisierte menschliche Organe auf dem Chip“ Biospektrum (2017) 23: 301 [0029]
- Hasenberg et al. „Emulating human microcapillaries in a multi-organ-chip platform“, J Biotechnol. 2015 Dec 20;216:1-10 [0029]
- Materne et al. „The Multi-organ Chip - A Microfluidic Platform for Long-term Multi-tissue Coculture“, J Vis Exp. 2015 [0029]
- Pilarek et al. „Biological cardio-micro-pumps for microbioreactors and analytical micro-systems“, Sensors and Actuators B - Chemical, ISSN 0925-4005 [0029]
- Sonntag et al. „Miniaturisierte humane organtypische Zell- und Gewebekulturen“ Biospektrum (2011) 17: 418 [0029]
- Sonntag et al. „Design and prototyping of a chip-based multimicro-organoid culture system for substance testing, predictive to human (substance) exposure“, Journal of biotechnology 148 (2010), No.1, pp.70-75 [0029]
