DE102019200109A1

DE102019200109A1 - Microfluidic device and analyzer for a microfluidic device

Info

Publication number: DE102019200109A1
Application number: DE102019200109.2A
Authority: DE
Inventors: Samir Kadic; Jochen Hoffmann; Christoph Faigle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-01-08
Filing date: 2019-01-08
Publication date: 2020-07-09
Also published as: WO2020144105A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mikrofluidische Vorrichtung (105). Die mikrofluidische Vorrichtung (105) umfasst ein Substrat (125). Das Substrat (125) weist zumindest einen Hohlraum (130) auf, in den ein Bewegungselement (120) einführbar ist. Zudem umfasst die mikrofluidische Vorrichtung (105) eine Leiterbahn (135), die an dem Hohlraum (130) angeordnet ist. Die Leiterbahn (135) ist ausgeformt, um eine Funktionalität einer elektrischen Spule zur induktiven Energieübertragung bereitzustellen, wenn das Bewegungselement (120) in den Hohlraum (130) eingeführt ist.The invention relates to a microfluidic device (105). The microfluidic device (105) comprises a substrate (125). The substrate (125) has at least one cavity (130) into which a movement element (120) can be inserted. In addition, the microfluidic device (105) comprises a conductor track (135) which is arranged on the cavity (130). The conductor track (135) is shaped to provide functionality of an electrical coil for inductive energy transmission when the movement element (120) is inserted into the cavity (130).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.The invention is based on a device or a method according to the type of the independent claims.

Eine mikrofluidische Vorrichtung, beispielsweise eine Chiplabor-Kartusche, kann ein fluidisches Netzwerk aufweisen, mit dem Reagenzien prozessiert werden können. Die mikrofluidische Vorrichtung kann zur Energieübertragung beispielsweise zwischen der Vorrichtung und einem Analysegerät elektrische Kontakte sowie elektrizitätsführende Netze und Verbraucher aufweisen.A microfluidic device, for example a chip laboratory cartridge, can have a fluidic network with which reagents can be processed. The microfluidic device can have electrical contacts as well as electricity-carrying networks and consumers for energy transmission, for example between the device and an analysis device.

Zudem können an einem flexiblen und elektrisch isolierenden Substrat Stromleiter angeordnet sein, die zum Bilden einer dreidimensionalen Leiterstruktur gerollt werden können. Die DE 102007045946A1 beschreibt eine solche Leiterstruktur.In addition, current conductors that can be rolled to form a three-dimensional conductor structure can be arranged on a flexible and electrically insulating substrate. The DE 102007045946A1 describes such a ladder structure.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine mikrofluidische Vorrichtung und ein Analysegerät für eine mikrofluidische Vorrichtung gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.Against this background, the approach presented here presents a microfluidic device and an analysis device for a microfluidic device in accordance with the main claims. The measures listed in the dependent claims allow advantageous developments and improvements of the device specified in the independent claim.

Der hier vorgestellte Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass in einem Substrat einer mikrofluidischen Vorrichtung eine Leiterbahn angeordnet sein kann, die beim Einführen einer externen Komponente, beispielsweise eines Stößels mit einer weiteren Leiterbahn, die Funktionalität einer elektrischen Spule bereitstellen kann, um eine kontaktfreie induktive Energieübertragung zu ermöglichen. Die Leiterbahn ist vorteilhafterweise platzsparend anordenbar und kostengünstig herstellbar. Zudem ist die Funktionalität der elektrischen Spule zur induktiven Energieübertragung vorteilhaft in Bezug auf degradationsfreie Kontaktierungsvorgänge der Leiterbahn.The approach presented here is based on the knowledge that a conductor track can be arranged in a substrate of a microfluidic device which, when an external component, for example a plunger with a further conductor track, is introduced, can provide the functionality of an electrical coil for non-contact inductive energy transmission to enable. The conductor track can advantageously be arranged in a space-saving manner and can be produced inexpensively. In addition, the functionality of the electrical coil for inductive energy transmission is advantageous in terms of degradation-free contacting processes of the conductor track.

Es wird eine mikrofluidische Vorrichtung vorgestellt. Die Vorrichtung weist ein Substrat mit zumindest einem Hohlraum und zumindest eine Leiterbahn auf. In den Hohlraum ist ein Bewegungselement einführbar. Die Leiterbahn ist an dem Hohlraum angeordnet. Zudem ist die Leiterbahn dazu ausgeformt, eine Funktionalität einer elektrischen Spule zur induktiven Energieübertragung bereitzustellen, wenn das Bewegungselement in den Hohlraum eingeführt ist.A microfluidic device is presented. The device has a substrate with at least one cavity and at least one conductor track. A movement element can be inserted into the cavity. The conductor track is arranged on the cavity. In addition, the conductor track is designed to provide a functionality of an electrical coil for inductive energy transmission when the movement element is inserted into the cavity.

Bei der mikrofluidischen Vorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Vorrichtung für ein Chiplabor, auch Lab-on-a-Chip-System genannt, handeln. Unter einem Chiplabor kann ein mikrofluidisches System verstanden werden, in dem die gesamte Funktionalität eines makroskopischen Labors auf einem beispielsweise kreditkartengroßen Kunststoffsubstrat, der Chiplaborkartusche, untergebracht werden kann und in dem komplexe biologische, diagnostische, chemische oder physikalische Prozesse miniaturisiert ablaufen können. Mithilfe der mikrofluidischen Vorrichtung kann beispielsweise eine Flüssigkeit auf einem Chip bereitgestellt oder transportiert werden. Die mikrofluidische Vorrichtung kann eine solche mikrofluidische Kartusche sein. Das Substrat kann aus einem Polymer, beispielsweise Polycarbonat oder einem oder einem thermoplastischen Elastomer ausgeformt sein. Der Hohlraum kann eine Kammer der Kartusche sein, beispielsweise eine Fluid-Kammer zum Vorlagern oder Prozessieren eines Fluids in der Kartusche. Auf einer Seite des Hohlraums, auf der das Bewegungselement einführbar ist, kann der Hohlraum beispielsweise durch eine elastische Membran gegenüber einer Umgebung fluiddicht abgedichtet sein. Unter der Leiterbahn kann beispielsweise eine Wicklung verstanden werden. Die Wicklung kann beispielsweise spulenförmig oder spiralförmig an dem Hohlraum angeordnet sein. Die Leiterbahn kann als gedruckte Elektronik, beispielsweise mittels Siebdruck von Silber- oder Karbonpasten realisiert werden. Das Bewegungselement kann beispielsweise ein Stößel eines Analysegeräts für die mikrofluidische Vorrichtung sein. Zum Bereitstellen der Funktionalität einer elektrischen Spule beim Einführen des Bewegungselements kann das Bewegungselement beispielsweise aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material, beispielsweise aus Eisen, ausgeformt sein. Unter der Funktionalität einer elektrischen Spule kann beispielsweise verstanden werden, dass bei einem sich ändernden Magnetfeld eine Spannung in die Leiterbahn induziert wird oder umgekehrt, bei einem Stromfluss durch die Leiterbahn ein Magnetfeld erzeugt wird. Die Leiterbahn kann zum Bereitstellen der Funktionalität zumindest eine Windung aufweisen. Gemäß unterschiedlicher Ausführungsformen kann die Leiterbahn die zumindest eine Windung bereits vor einem Einführen des Bewegungselements in den Hohlraum aufweisen oder durch das Einführen des Bewegungselements erlangen.The microfluidic device can be, for example, a device for a chip laboratory, also called a lab-on-a-chip system. A chip laboratory can be understood to mean a microfluidic system in which the entire functionality of a macroscopic laboratory can be accommodated on a plastic substrate, for example the size of a credit card, the chip laboratory cartridge, and in which complex biological, diagnostic, chemical or physical processes can run miniaturized. With the aid of the microfluidic device, for example, a liquid can be provided or transported on a chip. The microfluidic device can be such a microfluidic cartridge. The substrate can be formed from a polymer, for example polycarbonate or one or a thermoplastic elastomer. The cavity can be a chamber of the cartridge, for example a fluid chamber for storing or processing a fluid in the cartridge. On one side of the cavity, on which the movement element can be inserted, the cavity can be sealed in a fluid-tight manner from an environment, for example by an elastic membrane. The conductor track can be understood to mean, for example, a winding. The winding can, for example, be arranged in the form of a coil or spiral on the cavity. The conductor track can be implemented as printed electronics, for example by means of screen printing of silver or carbon pastes. The movement element can be, for example, a plunger of an analysis device for the microfluidic device. To provide the functionality of an electrical coil when inserting the movement element, the movement element can be formed, for example, from a magnetic or magnetizable material, for example from iron. The functionality of an electrical coil can be understood, for example, to mean that a voltage is induced in the conductor track when a magnetic field changes or vice versa, and a magnetic field is generated when a current flows through the conductor track. The conductor track can have at least one turn to provide the functionality. According to different embodiments, the conductor track can have the at least one turn before the movement element is introduced into the cavity or can be obtained by inserting the movement element.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Leiterbahn spiralförmig um einen Einführbereich für das Bewegungselement umlaufend angeordnet sein. Der Einführbereich kann beispielsweise einen Abschnitt einer Seite des Hohlraums aufweisen. Die Leiterbahn kann beispielsweise an der einen Seite des Hohlraums angeordnet sein, oder die Leiterbahn kann einen Abschnitt des Hohlraums oder zwei Seitenwände des Hohlraums beispielsweise spiralförmig umgeben. Diese Anordnung der Leiterbahn ist vorteilhafterweise platzsparend. Zudem ermöglicht die Anordnung ein einfaches Bereitstellen der Funktionalität der elektrischen Spule mittels der Leiterbahn, wenn das Bewegungselement in den Hohlraum mit der Leiterbahn eingeführt ist.According to one embodiment, the conductor track can be arranged in a spiral around an insertion area for the movement element. The insertion region can have, for example, a section of one side of the cavity. The conductor track can, for example, be arranged on one side of the cavity, or the conductor track can have a section of the cavity or two side walls of the cavity, for example in a spiral surround. This arrangement of the conductor track is advantageously space-saving. In addition, the arrangement enables the functionality of the electrical coil to be easily provided by means of the conductor track when the movement element is inserted into the cavity with the conductor track.

Wenn das Bewegungselement eine Anregungsspule aufweist und in den Hohlraum eingeführt ist, kann die Leiterbahn gemäß einer Ausführungsform als elektrische Spule ausgeformt sein. In diesem Fall kann die Leiterbahn als elektrische Spule zudem dazu ausgebildet sein, die induktive Energieübertragung bereitzustellen. Die Anregungsspule kann beispielsweise eine weitere Leiterbahn in Form einer Wicklung um das Bewegungselement sein. Wenn das Bewegungselement in den Hohlraum eingeführt ist, kann das Bewegungselement einen Kern für die als elektrische Spule ausgeformten Leiterbahn darstellen. Durch eine Energieübertragung mittels der Anregungsspule ist es somit möglich, durch die Leiterbahn als elektrische Spule die induktive Energieübertragung bereitzustellen. Vorteilhafterweise ist somit eine kontaktfreie induktive Energieübertragung zwischen der mikrofluidischen Vorrichtung und einer Einheit mit dem Bewegungselement, beispielsweise dem Analysegerät für die mikrofluidische Vorrichtung, möglich.If the movement element has an excitation coil and is inserted into the cavity, the conductor track can be designed as an electrical coil according to one embodiment. In this case, the conductor track can also be designed as an electrical coil to provide the inductive energy transmission. The excitation coil can be, for example, another conductor track in the form of a winding around the movement element. If the movement element is inserted into the cavity, the movement element can represent a core for the conductor track formed as an electrical coil. Energy transmission by means of the excitation coil thus makes it possible to provide inductive energy transmission as an electrical coil through the conductor track. A contact-free inductive energy transfer between the microfluidic device and a unit with the movement element, for example the analysis device for the microfluidic device, is thus advantageously possible.

Wenn die Leiterbahn als elektrische Spule ausgeformt ist, kann die mikrofluidische Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform ein Kernelement aufweisen, das innerhalb der elektrischen Spule in dem Hohlraum angeordnet ist. Das Kernelement kann über die elektrische Spule hinausragen, um ein Anregungsmagnetfeld in die Spule einzuleiten. Das Kernelement kann beispielsweise ein Metallkern sein. Zudem kann das Kernelement ausgeformt sein, in die Anregungsspule hineinzuragen, wenn das Bewegungselement in den Hohlraum eingeführt ist. Dazu kann das Bewegungselement beispielsweise als Hohlzylinder ausgeformt sein, und dazu ausgeformt sein, das Kernelement im in den Hohlraum eingeführten Zustand zumindest teilweise zu umschließen. Dies ermöglicht vorteilhafterweise die Funktionalität der elektrischen Spule unabhängig von einem Material des Bewegungselements.If the conductor track is formed as an electrical coil, the microfluidic device can, according to one embodiment, have a core element which is arranged within the electrical coil in the cavity. The core element may protrude beyond the electrical coil to introduce an excitation magnetic field into the coil. The core element can be a metal core, for example. In addition, the core element can be shaped to protrude into the excitation coil when the movement element is inserted into the cavity. For this purpose, the movement element can be shaped, for example, as a hollow cylinder, and can be shaped to at least partially enclose the core element in the state introduced into the cavity. This advantageously enables the functionality of the electrical coil independently of a material of the movement element.

Das Substrat kann gemäß einer Ausführungsform ein an dem Hohlraum angeordnetes Abschirmelement aufweisen. Das Abschirmelement kann ausgebildet sein, eine Umgebung des Hohlraums von einem mittels der elektrischen Spule erzeugten Magnetfeld abzuschirmen. Das Abschirmelement kann beispielsweise eine Metallhülle sein. Vorteilhafterweise erhöht das Abschirmelement eine elektromagnetische Verträglichkeit in Bezug auf andere Komponenten der mikrofluidischen Vorrichtung oder des Analysegeräts für die mikrofluidische Vorrichtung.According to one embodiment, the substrate can have a shielding element arranged on the cavity. The shielding element can be designed to shield an environment of the cavity from a magnetic field generated by means of the electrical coil. The shielding element can be a metal shell, for example. The shielding element advantageously increases electromagnetic compatibility with respect to other components of the microfluidic device or of the analysis device for the microfluidic device.

Zudem kann das Substrat gemäß einer Ausführungsform ein in dem Hohlraum anordenbares Einlegeelement aufweisen. Die Leiterbahn kann an dem Einlegeelement angeordnet sein. Das Einlegeelement, im Folgenden auch Inlay genannt, kann beispielsweise ausgeformt sein, in das Substrat einsetzbar zu sein. Vorteilhafterweise ist es damit möglich, das Einlegeelement mit der Leiterbahn je nach Bedarf in eine handelsübliche Kartusche einzusetzen. Dies ist auch im Hinblick auf Herstellungskosten vorteilhaft.In addition, according to one embodiment, the substrate can have an insert element that can be arranged in the cavity. The conductor track can be arranged on the insert element. The insert element, also called inlay in the following, can for example be shaped to be insertable into the substrate. It is thus advantageously possible to insert the insertion element with the conductor track into a commercially available cartridge as required. This is also advantageous in terms of manufacturing costs.

Das Einlegeelement kann gemäß einer Ausführungsform auch eine vorgelagerte Substanz zum Prozessieren in der Vorrichtung aufweisen. Das Einlegeelement kann in diesem Fall beispielsweise einen Reagenzienriegel umfassen, in dem Substanzen vorgelagert sind. Unter der vorgelagerten Substanz kann beispielsweise ein Flüssigreagenz verstanden werden, wie beispielsweise eine salzhaltige, ethanolhaltige oder wässrige Lösung, oder ein Detergens oder Trockenreagenz, wie Lyophilisat oder Salz. Vorteilhafterweise ist die induktive Energieübertragung somit mit einer Substanzvorlagerung in der mikrofluidischen Vorrichtung kombinierbar.According to one embodiment, the insert element can also have an upstream substance for processing in the device. In this case, the insert element can comprise, for example, a reagent bar in which substances are stored. The upstream substance can be understood to mean, for example, a liquid reagent, such as, for example, a salt-containing, ethanol-containing or aqueous solution, or a detergent or dry reagent, such as lyophilisate or salt. The inductive energy transfer can thus advantageously be combined with a substance upstream in the microfluidic device.

Auch kann das Substrat gemäß einer Ausführungsform eine Membran umfassen. Die Membran kann an einer Seite des Hohlraums angeordnet sein, an der das Bewegungselement einführbar ist. Zudem kann die Membran dazu ausgeformt sein, den Hohlraum an zumindest der Seite fluiddicht abzudichten. Die Membran kann elastisch sein. Beim Einführen des Bewegungselements kann die Membran entlang einer Bewegungsrichtung des Bewegungselements auslenkbar sein. Das fluiddichte Abdichten des Hohlraums ermöglicht vorteilhafterweise eine Verwendung des Hohlraums als Fluid-Kammer. Dies ist auch in Bezug auf eine kompakte Bauweise der mikrofluidischen Vorrichtung vorteilhaft.According to one embodiment, the substrate can also comprise a membrane. The membrane can be arranged on one side of the cavity on which the movement element can be inserted. In addition, the membrane can be shaped to seal the cavity on at least the side in a fluid-tight manner. The membrane can be elastic. When the movement element is introduced, the membrane can be deflectable along a direction of movement of the movement element. The fluid-tight sealing of the cavity advantageously enables the cavity to be used as a fluid chamber. This is also advantageous with regard to a compact design of the microfluidic device.

Die Membran kann gemäß einer Ausführungsform aus einem elastischen und elektrisch isolierenden Material ausgeformt sein. Dazu kann die Membran aus einem Polymer, beispielsweise einem thermoplastischen Elastomer ausgeformt sein. Zudem kann die Membran eine Schichtdicke von 25 bis 500 Mikrometern aufweisen. Die Membran kann auch aus einem Material ausgeformt sein, das eine magnetische Flussdichte erhöht.According to one embodiment, the membrane can be formed from an elastic and electrically insulating material. For this purpose, the membrane can be formed from a polymer, for example a thermoplastic elastomer. In addition, the membrane can have a layer thickness of 25 to 500 micrometers. The membrane can also be formed from a material that increases a magnetic flux density.

Ferner kann die Leiterbahn gemäß einer Ausführungsform planar an einer dem Hohlraum zugewandten Seite der Membran angeordnet sein. Dazu können sich Wicklungen der Leiterbahn in einer gemeinsamen Ebene erstrecken. Vorteilhafterweise ist die Leiterbahn somit platzsparend anordenbar. Wenn die Leiterbahn planar an der Membran angeordnet ist, kann die Leiterbahn beispielsweise in die Membran eingebettet sein. Dies schützt die Leiterbahn vorteilhaft, beispielsweise gegenüber einer feuchten Umgebung. Zudem kann eine weitere Schicht, beispielsweise eine weitere Membran, auf der Seite der Membran, auf der die Leiterbahn angeordnet ist, aufgebracht werden, beispielsweise mittels Laserschweißen, um die Leiterbahn von zwei Seiten abzudecken.Furthermore, according to one embodiment, the conductor track can be arranged planar on a side of the membrane facing the cavity. For this purpose, windings of the conductor track can extend in a common plane. The conductor track can thus advantageously be arranged in a space-saving manner. If the conductor track is arranged planar on the membrane, the conductor track can be embedded in the membrane, for example. This protects the Conductor advantageous, for example compared to a damp environment. In addition, a further layer, for example another membrane, can be applied to the side of the membrane on which the conductor track is arranged, for example by means of laser welding, in order to cover the conductor track from two sides.

Die Leiterbahn kann gemäß einer Ausführungsform zum Bereitstellen der Funktionalität der elektrischen Spule durch ein Auslenken der Membran verformbar sein. Wenn das Bewegungselement eingeführt wird, kann sich die Leiterbahn verformen. Wenn die Leiterbahn beispielsweise planar an dem Hohlraum angeordnet ist, kann die Leiterbahn durch das Verformen in der Form einer elektrischen Spule ausgeformt werden. Beim Einführen des Bewegungselements kann sich die Membran auslenken, wodurch sich Material zwischen oder im Bereich der Leiterbahn ausdehnen kann. Die Membran und die Leiterbahn können dadurch in der Bewegungsrichtung des Bewegungselements gedrückt werden, wodurch sich die Leiterbahn zu der elektrischen Spule verformt. Vorteilhafterweise ist das Verformen der Spule nicht permanent, sondern wird durch das Auslenken der Membran bewirkt und ist durch Zurückbewegen des Bewegungselements reversibel. Dies ist vorteilhafterweise platzsparend. Zudem wird somit ein Bereitstellen der Funktionalität der elektrischen Spule bei einem Einführen des Bewegungselements nach Bedarf ermöglicht.According to one embodiment, the conductor track can be deformable to provide the functionality of the electrical coil by deflecting the membrane. When the moving element is inserted, the conductor track can deform. If the conductor track is arranged, for example, in a planar manner on the cavity, the conductor track can be shaped in the form of an electrical coil by the deformation. When the movement element is introduced, the membrane can deflect, as a result of which material can expand between or in the region of the conductor track. The membrane and the conductor track can thereby be pressed in the direction of movement of the movement element, as a result of which the conductor track deforms to form the electrical coil. Advantageously, the deformation of the coil is not permanent, but is caused by the deflection of the membrane and is reversible by moving the moving element back. This is advantageously space-saving. It also enables the functionality of the electrical coil to be provided when the movement element is inserted as required.

Wenn die mikrofluidische Vorrichtung die Membran umfasst, kann das Substrat gemäß einer Ausführungsform eine weitere Leiterbahn aufweisen. Die weitere Leiterbahn kann an der Membran oder an einer weiteren Membran an dem Hohlraum angeordnet sein. Die weitere Leiterbahn kann beispielsweise auch planar ausgeführt sein und dazu ausgeformt sein, beim Einführen des Bewegungselements in die Leiterbahn gedrückt zu werden. Dabei können sich die Leiterbahn und die weitere Leiterbahn ineinander verstülpen. Vorteilhafterweise ist somit eine induktive Energieübertragung kontaktfrei möglich.If the microfluidic device comprises the membrane, the substrate can have a further conductor track according to one embodiment. The further conductor track can be arranged on the membrane or on a further membrane on the cavity. The further conductor track can, for example, also be planar and be shaped to be pressed into the conductor track when the movement element is introduced. The conductor track and the further conductor track can slip into one another. Advantageously, inductive energy transmission is thus possible without contact.

Mit diesem Ansatz wird zudem ein Analysegerät für eine mikrofluidische Vorrichtung vorgestellt. Die mikrofluidische Vorrichtung weist ein Substrat mit zumindest einem Hohlraum auf, in den ein Bewegungselement einführbar ist. Zudem weist die mikrofluidische Vorrichtung eine Leiterbahn auf, die an dem Hohlraum angeordnet ist. Die Leiterbahn ist dazu ausgeformt, um eine Funktionalität einer elektrischen Spule zur induktiven Energieübertragung bereitzustellen, wenn das Bewegungselement in den Hohlraum eingeführt ist. Das Analysegerät umfasst einen Aufnahmebereich zum Aufnehmen der mikrofluidischen Vorrichtung und eine bewegliche Plattform mit dem Bewegungselement. Die Plattform ist ausgebildet, das Bewegungselement in den Hohlraum einzuführen.This approach also introduces an analyzer for a microfluidic device. The microfluidic device has a substrate with at least one cavity into which a movement element can be inserted. In addition, the microfluidic device has a conductor track which is arranged on the cavity. The conductor track is designed to provide functionality of an electrical coil for inductive energy transmission when the movement element is inserted into the cavity. The analysis device comprises a receiving area for receiving the microfluidic device and a movable platform with the movement element. The platform is designed to insert the movement element into the cavity.

Bei der mikrofluidischen Vorrichtung kann es sich um eine Ausführungsform der vorstehend genannten Vorrichtung handeln. Die mikrofluidische Vorrichtung kann beispielsweise eine Kartusche für ein Chiplabor sein. Das Analysegerät kann beispielsweise eine Analyseeinheit für die mikrofluidische Vorrichtung sein. Das Bewegungselement kann aus einem elektrisch leitfähigen Material oder magnetisierbaren Material ausgeformt sein, beispielsweise aus Eisen. Beispielsweise kann das Bewegungselement einen Durchmesser von fünf Millimeter bis fünf Zentimeter aufweisen. Bei dem Bewegungselement kann es sich beispielsweise um einen Stößel handeln, der ausgeformt ist, durch ein Einführen in die mikrofluidische Vorrichtung ein Prozessieren eines Fluids in der Vorrichtung vorzubereiten oder herbeizuführen. Dazu kann der Stößel ausgeformt sein, ein Element der mikrofluidischen Vorrichtung, beispielsweise die Membran, zu durchstoßen oder auszulenken. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Bewegungselement als Justagestift zum Justieren oder Korrigieren einer Position der mikrofluidischen Vorrichtung in dem Aufnahmebereich oder in dem Analysegerät sein.The microfluidic device can be an embodiment of the above-mentioned device. The microfluidic device can be, for example, a cartridge for a chip laboratory. The analysis device can, for example, be an analysis unit for the microfluidic device. The movement element can be formed from an electrically conductive material or magnetizable material, for example from iron. For example, the movement element can have a diameter of five millimeters to five centimeters. The movement element can be a plunger, for example, which is designed to prepare or bring about a processing of a fluid in the device by insertion into the microfluidic device. For this purpose, the plunger can be shaped to pierce or deflect an element of the microfluidic device, for example the membrane. Additionally or alternatively, the movement element can be an adjustment pin for adjusting or correcting a position of the microfluidic device in the receiving area or in the analysis device.

Das Bewegungselement kann gemäß einer Ausführungsform eine Anregungsspule zur induktiven Energieübertragung umfassen. Die Anregungsspule kann als Wicklung um das Bewegungselement umlaufend an dem Bewegungselement angeordnet sein. Zudem kann die Anregungsspule bei dem Einführen des Bewegungselements in den Hohlraum in die Leiterbahn der mikrofluidischen Vorrichtung hineinragen oder von dieser umgeben werden. According to one embodiment, the movement element can comprise an excitation coil for inductive energy transmission. The excitation coil can be arranged as a winding around the movement element on the movement element. In addition, when the movement element is introduced into the cavity, the excitation coil can protrude into or be surrounded by the conductor track of the microfluidic device.

Alternativ dazu kann die Anregungsspule auch an einem Abschnitt des Bewegungselements angeordnet sein, der beim Einführen nicht in den Hohlraum eingeführt wird, beispielsweise an einem in der Plattform angeordneten Abschnitt des Bewegungselements. In diesem Fall ist die Anregungsspule vorteilhafterweise vor einer Degradation durch ein Freiliegen geschützt.Alternatively, the excitation coil can also be arranged on a section of the movement element that is not inserted into the cavity during insertion, for example on a section of the movement element arranged in the platform. In this case, the excitation coil is advantageously protected against degradation by exposure.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Bewegungselement als Hohlzylinder ausgeformt sein. Das Bewegungselement kann beispielsweise ausgeformt sein, beim Einführen in den Hohlraum ein anders Element zu umfassen, beispielsweise das obenstehend beschriebene Kernelement der mikrofluidischen Vorrichtung. In diesem Fall kann das Bewegungselement auch aus einem elektrisch isolierenden Material ausgeformt sein, beispielsweise aus einem Kunststoff.According to one embodiment, the movement element can be shaped as a hollow cylinder. The movement element can, for example, be designed to include another element when it is introduced into the cavity, for example the core element of the microfluidic device described above. In this case, the movement element can also be formed from an electrically insulating material, for example from a plastic.

Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Analysegeräts mit einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine schematische Darstellung eines Teils einer mikrofluidischen Vorrichtung und eines Analysegeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3 eine schematische Darstellung eines Teils einer mikrofluidischen Vorrichtung und eines Analysegeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel;
4 eine schematische Darstellung eines Teils einer mikrofluidischen Vorrichtung und eines Analysegeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel;
5 eine schematische Darstellung eines Teils einer mikrofluidischen Vorrichtung und eines Analysegeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel;
6 eine schematische Darstellung eines Teils einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
7 eine schematische Darstellung eines Teils einer mikrofluidischen Vorrichtung und eines Analysegeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
8 eine schematische Darstellung eines Analysegeräts mit einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Embodiments of the approach presented here are shown in the drawings and in the following description explained. It shows:

1 is a schematic representation of an analysis device with a microfluidic device according to an embodiment;
2nd a schematic representation of a part of a microfluidic device and an analysis device according to an embodiment;
3rd a schematic representation of a part of a microfluidic device and an analysis device according to an embodiment;
4th a schematic representation of a part of a microfluidic device and an analysis device according to an embodiment;
5 a schematic representation of a part of a microfluidic device and an analysis device according to an embodiment;
6 a schematic representation of part of a microfluidic device according to an embodiment;
7 a schematic representation of a part of a microfluidic device and an analysis device according to an embodiment; and
8th is a schematic representation of an analysis device with a microfluidic device according to an embodiment.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of favorable exemplary embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the different figures and acting in a similar manner, and a repeated description of these elements is omitted.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Analysegeräts 100 mit einer mikrofluidischen Vorrichtung 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Analysegerät 100 für die mikrofluidische Vorrichtung 105 umfasst einen Aufnahmebereich 110 zum Aufnehmen der mikrofluidischen Vorrichtung und eine bewegliche Plattform 115 mit einem Bewegungselement 120. Die Plattform ist ausgebildet, das Bewegungselement 120 in die mikrofluidische Vorrichtung 105 einzuführen. 1 shows a schematic representation of an analysis device 100 with a microfluidic device 105 according to an embodiment. The analyzer 100 for the microfluidic device 105 includes a recording area 110 to hold the microfluidic device and a movable platform 115 with a moving element 120 . The platform is designed, the movement element 120 into the microfluidic device 105 introduce.

Die mikrofluidische Vorrichtung 105 weist ein Substrat 125 mit zumindest einem Hohlraum 130 auf. Das Bewegungselement 120 des Analysegeräts 100 ist in den Hohlraum 130 einführbar. Zudem weist die mikrofluidische Vorrichtung 105 eine Leiterbahn 135 auf. Die Leiterbahn 135 ist an dem Hohlraum 130 angeordnet. Zudem ist die Leiterbahn 135 dazu ausgeformt, eine Funktionalität einer elektrischen Spule zur induktiven Energieübertragung bereitzustellen, wenn das Bewegungselement 120 in den Hohlraum 130 eingeführt ist.The microfluidic device 105 has a substrate 125 with at least one cavity 130 on. The movement element 120 of the analyzer 100 is in the cavity 130 importable. In addition, the microfluidic device 105 a trace 135 on. The conductor track 135 is on the cavity 130 arranged. In addition, the conductor track 135 designed to provide functionality of an electrical coil for inductive energy transfer when the motion element 120 in the cavity 130 is introduced.

Das Analysegerät 100 ist als Chiplabor-Analysegerät für eine mikrofluidische Kartusche wie die hier gezeigte mikrofluidische Vorrichtung 105 verwendbar. Das Substrat 125 der mikrofluidischen Vorrichtung 105 ist aus einem Polymerverbund ausgeformt und die mikrofluidische Vorrichtung 105 beinhaltet ein fluidisches Netzwerk, mit dem Reagenzien prozessierbar sind. Wenn das Analysegerät 100 an eine Energieversorgung, beispielsweise ein Stromnetz, angeschlossen ist, ist eine Elektrifizierung der hier gezeigten mikrofluidischen Vorrichtung 105 mittels Induktion möglich. Somit ist eine kontaktfreie Energieübertragung von dem Analysegerät 100 auf die mikrofluidische Vorrichtung 105 möglich. Dazu weist die mikrofluidische Vorrichtung 105 die Leiterbahn 135 auf. Die an dem Hohlraum 130 angeordnete Leiterbahn 135 weist zumindest eine Wicklung auf. Die Leiterbahn 135 ist optional dazu ausgeformt, den Hohlraum 130 teilweise zu umschließen. Hier ist die Wicklung der Leiterbahn 135 beispielhaft um den Hohlraum 130 herumführend und somit den Hohlraum 130 umgebend ausgeführt. Alternativ dazu kann die Leiterbahn 135 beispielsweise auch planar an einer Seite des Hohlraums 130 angeordnet sein, beispielsweise an einer dem Bewegungselement 120 zugewandten Seite des Hohlraums 130. Die Leiterbahn 135 ist aus einem metallischen Draht, beispielsweise aus einem Kupferlackdraht, ausformbar und weist einen Durchmesser von beispielsweise 0,1 bis 0,5 Millimeter auf. Vorteilhafterweise ist die Leiterbahn 135 platzsparend in der mikrofluidischen Vorrichtung 105 anordenbar. Ausführungsbeispiele der Anordnung und Ausformung der Leiterbahn 135 sind nachfolgend anhand untenstehender Figuren detaillierter beschrieben.The analyzer 100 is a chip laboratory analyzer for a microfluidic cartridge like the microfluidic device shown here 105 usable. The substrate 125 the microfluidic device 105 is formed from a polymer composite and the microfluidic device 105 contains a fluidic network with which reagents can be processed. If the analyzer 100 an electrification of the microfluidic device shown here is connected to a power supply, for example a power network 105 possible by induction. This is a contactless energy transfer from the analyzer 100 on the microfluidic device 105 possible. For this purpose, the microfluidic device 105 the conductor track 135 on. The one on the cavity 130 arranged conductor track 135 has at least one winding. The conductor track 135 is optionally shaped to form the cavity 130 partially enclose. Here is the winding of the conductor track 135 exemplary around the cavity 130 leading around and thus the cavity 130 executed surrounding. Alternatively, the conductor track 135 for example also planar on one side of the cavity 130 be arranged, for example on one of the movement element 120 facing side of the cavity 130 . The conductor track 135 can be formed from a metallic wire, for example from enamelled copper wire, and has a diameter of, for example, 0.1 to 0.5 millimeters. The conductor track is advantageous 135 space-saving in the microfluidic device 105 can be arranged. Embodiments of the arrangement and shape of the conductor track 135 are described in more detail below with reference to the figures below.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils einer mikrofluidischen Vorrichtung 105 und eines Analysegeräts 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Als Teil des Analysegeräts 100 ist ein Ausschnitt der Plattform 115 mit dem Bewegungselement 120 gezeigt. Der Ausschnitt der mikrofluidischen Vorrichtung 105 zeigt den Hohlraum 130 in dem Substrat 125 mit der Leiterbahn 135, die gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel als elektrisch leitfähige Spule um den Hohlraum 130 umlaufend angeordnet ist. In den Hohlraum 130 ist hier zudem das Bewegungselement 120 eingeführt. 2nd shows a schematic representation of part of a microfluidic device 105 and an analyzer 100 according to an embodiment. As part of the analyzer 100 is a section of the platform 115 with the moving element 120 shown. The section of the microfluidic device 105 shows the cavity 130 in the substrate 125 with the conductor track 135 which according to the embodiment shown here as an electrically conductive coil around the cavity 130 is arranged all around. In the cavity 130 is also the movement element here 120 introduced.

Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Leiterbahn 135 spiralförmig um einen Einführbereich für das Bewegungselement 120 umlaufend angeordnet. Hier umgibt die Wicklung der Leiterbahn 135 den Hohlraum 130 spiralförmig. Somit weist die Leiterbahn 135 eine Mehrzahl von Windungen auf. Das Bewegungselement 120 weist gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel eine Anregungsspule 205 auf. Wenn das Bewegungselement 120 mit der Anregungsspule 205 wie in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel in den Hohlraum eingeführt ist, umgibt die Leiterbahn 135 die Anregungsspule 205. Somit liegt die Anregungsspule 205 hier als innere Spule innerhalb der als äußerer Spule ausgeformten Leiterbahn 135.According to the embodiment shown here, the conductor track 135 spiral around an insertion area for the moving element 120 arranged all around. Here the winding surrounds the Conductor track 135 the cavity 130 spiral. Thus the conductor track points 135 a plurality of turns. The movement element 120 has an excitation coil according to the exemplary embodiment shown here 205 on. If the movement element 120 with the excitation coil 205 as is introduced into the cavity in the exemplary embodiment shown here, surrounds the conductor track 135 the excitation coil 205 . The excitation coil is thus located 205 here as an inner coil within the conductor track formed as an outer coil 135 .

Die Leiterbahn 135 ist gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel somit als weitere elektrische Spule ausgeformt. Zudem ist die Leiterbahn 135 dazu ausgebildet, die induktive Energieübertragung zu ermöglichen, wenn das Bewegungselement 120 mit der Anregungsspule 205 in den Hohlraum 130 eingeführt ist. Vorteilhafterweise ist damit eine kontaktfreie Energieübertragung zwischen dem Analysegerät 100 und der mikrofluidischen Vorrichtung 105 möglich. Die Leiterbahn 135 und die Anregungsspule 205 sind als Induktionsspulen verwendbar, die sich bei einer mechanischen Kontaktierung durch das Einführen des Bewegungselements 120 ineinander verstülpen.The conductor track 135 is thus formed as a further electrical coil according to the embodiment shown here. In addition, the conductor track 135 trained to enable inductive energy transfer when the moving element 120 with the excitation coil 205 in the cavity 130 is introduced. A contact-free energy transfer between the analysis device is thus advantageous 100 and the microfluidic device 105 possible. The conductor track 135 and the excitation coil 205 can be used as induction coils, which result from mechanical contact by inserting the moving element 120 turn into one another.

Das Bewegungselement 120 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise als Eisenkern, ausgeformt, um ein Magnetfeld bei der induktiven Energieübertragung zu verstärken. Bei dem Bewegungselement 120 handelt es sich beispielsweise um einen Stößel, der dazu ausgebildet ist, durch ein Einführen in eine Reagenzienkammer der mikrofluidischen Vorrichtung 105 Reagenzien freizusetzen. Durch die Anordnung der Anregungsspule 205 an dem Bewegungselement 120 ist hier zusätzlich oder alternativ die Elektrifizierung der mikrofluidischen Vorrichtung 105 mittels Induktion möglich.The movement element 120 is formed according to an embodiment from an electrically conductive material, for example as an iron core, in order to strengthen a magnetic field in inductive energy transmission. With the movement element 120 it is, for example, a plunger that is designed to be inserted into a reagent chamber of the microfluidic device 105 Release reagents. By arranging the excitation coil 205 on the moving element 120 here is additionally or alternatively the electrification of the microfluidic device 105 possible by induction.

Wenn der Hohlraum 130 von drei Seiten von dem Substrat 125 umschlossen ist, und auf der dem Einführbereich für das Bewegungselements 120 zugewandten Seite beispielsweise durch eine Membran abgedichtet ist, kann der Hohlraum 130 auch als mikrofluidische Kammer oder als Vorlagerungskammer der mikrofluidischen Vorrichtung 105 ausgeführt sein. Vorteilhafterweise ist das Anordnen der Leiterbahn 135 an einer bereits auf der mikrofluidischen Vorrichtung 105 ausgeformten Kammer oder an einer auch anderweitig nutzbaren Kammer als Hohlraum 130 möglich, was platzsparend ist.If the cavity 130 from three sides of the substrate 125 is enclosed, and on the insertion area for the movement element 120 facing side is sealed, for example by a membrane, the cavity 130 also as a microfluidic chamber or as a pre-storage chamber of the microfluidic device 105 be executed. The arrangement of the conductor track is advantageous 135 on one already on the microfluidic device 105 molded chamber or on a chamber that can also be used for other purposes as a cavity 130 possible, which saves space.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils einer mikrofluidischen Vorrichtung 105 und eines Analysegeräts 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die hier gezeigten Ausschnitte der mikrofluidischen Vorrichtung 105 mit dem Hohlraum 130 in dem Substrat 125 und der Leiterbahn 135 als elektrischer Spule, sowie des Analysegeräts 100 mit der Plattform 115 und dem Bewegungselement 120 entsprechen oder ähneln dem anhand von 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel. 3rd shows a schematic representation of part of a microfluidic device 105 and an analyzer 100 according to an embodiment. The sections of the microfluidic device shown here 105 with the cavity 130 in the substrate 125 and the conductor track 135 as an electrical coil, as well as the analyzer 100 with the platform 115 and the moving element 120 correspond or are similar to that based on 2nd described embodiment.

Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Anregungsspule 205 jedoch an einem anderen Abschnitt des Bewegungselements 120 angeordnet. Das Bewegungselement 120 weist einen in die Plattform 115 eingebetteten Abschnitt auf, an dem die Anregungsspule 205 angeordnet ist. Wenn das Bewegungselement 120 wie in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel in den Hohlraum 130 eingeführt ist, ist die Anregungsspule 205 somit außerhalb des Hohlraums 130 angeordnet und damit auch außerhalb der Leiterbahn 135 als elektrischer Spule angeordnet. Für die induktive Energieübertragung ist das Bewegungselement 120 aus dem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise dem Eisenkern, ausgeformt. Beim Anlegen einer elektrischen Spannung an die Anregungsspule 205 setzt sich ein so entstehendes Magnetfeld in dem Eisenkern des Bewegungselements 120 fort, wodurch eine Wechselwirkung mit der Leiterbahn 135 ermöglicht wird. Die hier gezeigte Anordnung der Anregungsspule 205 ist in Bezug auf eine Degradation durch wiederholte Bewegung vorteilhafterweise geschützt.According to the exemplary embodiment shown here, the excitation coil is 205 but on a different section of the movement element 120 arranged. The movement element 120 points you into the platform 115 embedded section on which the excitation coil 205 is arranged. If the movement element 120 as in the embodiment shown here in the cavity 130 is introduced is the excitation coil 205 thus outside the cavity 130 arranged and thus also outside the conductor track 135 arranged as an electrical coil. The movement element is for inductive energy transmission 120 formed from the electrically conductive material, for example the iron core. When applying an electrical voltage to the excitation coil 205 a magnetic field thus created settles in the iron core of the moving element 120 continues, creating an interaction with the trace 135 is made possible. The arrangement of the excitation coil shown here 205 is advantageously protected from repeated movement degradation.

In dem Hohlraum 130 ist innerhalb der Leiterbahn 135 als elektrischer Spule gemäß einem Ausführungsbeispiel zudem ein Kernelement angeordnet. Das Kernelement ragt über die Leiterbahn 135 hinaus, um ein Anregungsmagnetfeld in die elektrische Spule einzuleiten. Das Kernelement ist aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgeformt, beispielsweise als Metallkern. In diesem Fall ist das Bewegungselement 120 gemäß einem Ausführungsbeispiel als Hohlzylinder ausgeformt. Bei dem Einführen des Bewegungselements 120 ragt das Kernelement in die Anregungsspule 205 hinein, um das Anregungsmagnetfeld in die elektrische Spule einzuleiten. Das Bewegungselement 120 ist dann beispielsweise auch aus einem elektrisch isolierenden Material wie Kunststoff oder mit niedriger elektrischer Leitfähigkeit ausführbar.In the cavity 130 is inside the trace 135 A core element is also arranged as an electrical coil according to one exemplary embodiment. The core element protrudes above the conductor track 135 to introduce an excitation magnetic field into the electrical coil. The core element is formed from an electrically conductive material, for example as a metal core. In this case, the movement element 120 formed as a hollow cylinder according to an embodiment. When introducing the moving element 120 the core element protrudes into the excitation coil 205 to introduce the excitation magnetic field into the electrical coil. The movement element 120 can then also be made, for example, from an electrically insulating material such as plastic or with low electrical conductivity.

4 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils einer mikrofluidischen Vorrichtung 105 und eines Analysegeräts 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Ähnlich oder entsprechend dem anhand von 2 und/oder 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel umfasst der hier gezeigte Ausschnitt des Analysegeräts 100 die Plattform 115 und das Bewegungselement 120 mit der Anregungsspule 205. Der Ausschnitt der mikrofluidischen Vorrichtung 105 zeigt den Hohlraum 130 in dem Substrat 125. 4th shows a schematic representation of part of a microfluidic device 105 and an analyzer 100 according to an embodiment. Similar or corresponding to that based on 2nd and or 3rd The exemplary embodiment described includes the section of the analysis device shown here 100 the platform 115 and the moving element 120 with the excitation coil 205 . The section of the microfluidic device 105 shows the cavity 130 in the substrate 125 .

Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die mikrofluidische Vorrichtung 105 zudem eine Membran 405. Die Membran 405 ist an einer Seite des Hohlraums 130 angeordnet, an der das Bewegungselement 120 einführbar ist. Zudem ist die Membran 405 dazu ausgeformt, den Hohlraum 130 an zumindest der Seite des Einführbereichs des Bewegungselements 120 fluiddicht anzudichten. Hier ist der Hohlraum 130 durch das Abdichten mittels der Membran 405 als Fluid-Kammer oder Vorhaltungskammer der mikrofluidischen Vorrichtung 105 verwendbar. Die Membran 405 ist elastisch und ist dazu ausgebildet, ansprechend auf einen mechanischen Kontakt mit dem Bewegungselement 120 auslenkbar zu sein. In dem hier gezeigten in den Hohlraum 130 eingeführten Zustand des Bewegungselements 120 ist die Membran 405 ausgelenkt und ragt mit dem Bewegungselement 120 in die Leiterbahn 135 als elektrischer Spule hinein. Zur Elektrifizierung der mikrofluidischen Vorrichtung 105 mittels Induktion ist es vorteilhaft, wenn die Membran 405 aus einem Material ausgeformt ist, das die magnetische Flussdichte erhöht.According to the exemplary embodiment shown here, the microfluidic device comprises 105 also a membrane 405 . The membrane 405 is on one side of the cavity 130 arranged on which the moving element 120 can be introduced. In addition, the membrane 405 shaped to the cavity 130 on at least the side of the insertion area of the moving element 120 to seal fluid-tight. Here is the cavity 130 by sealing with the membrane 405 as a fluid chamber or storage chamber of the microfluidic device 105 usable. The membrane 405 is elastic and is designed to respond to mechanical contact with the moving element 120 to be deflectable. In the cavity shown here 130 introduced state of the moving element 120 is the membrane 405 deflected and protrudes with the moving element 120 into the conductor track 135 into it as an electrical coil. For electrification of the microfluidic device 105 by means of induction it is advantageous if the membrane 405 is formed from a material that increases the magnetic flux density.

Die Membran 405 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel aus einem elastischen und elektrisch isolierenden Material ausgeformt, beispielsweise aus einem thermoplastischen Elastomer. Die Membran 405 weist eine Schichtdicke von beispielsweise 25 bis 500 Mikrometern auf.The membrane 405 is formed according to one embodiment from an elastic and electrically insulating material, for example from a thermoplastic elastomer. The membrane 405 has a layer thickness of, for example, 25 to 500 micrometers.

Die mikrofluidische Vorrichtung 105 weist gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel zudem ein in dem Hohlraum 130 anordenbares Einlegeelement 410 auf. Die Leiterbahn 135 ist in diesem Fall an dem Einlegeelement 410 angeordnet. Das Einlegeelement 410, auch Inlay genannt, ist aus einem Polymer, beispielsweise aus Polycarbonat, ausgeformt. Zudem ist das Einlegeelement 410 vorteilhafterweise je nach Bedarf in die mikrofluidische Vorrichtung 105 einbaubar. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine kostengünstige und einfache Realisierung der Anordnung der Leiterbahn 135 in der mikrofluidischen Vorrichtung 105. Auch bei der Herstellung der mikrofluidischen Vorrichtung 105 oder des Einlegeelements 410 unter Verwendung einer Spritzgussform ist dies vorteilhaft im Hinblick auf Kosten und Aufwand.The microfluidic device 105 according to the embodiment shown here also has a cavity 130 arrangable insert element 410 on. The conductor track 135 in this case is on the insert element 410 arranged. The insert element 410 , also called inlay, is formed from a polymer, for example from polycarbonate. In addition, the insert element 410 advantageously in the microfluidic device as required 105 built-in. This advantageously enables an inexpensive and simple implementation of the arrangement of the conductor track 135 in the microfluidic device 105 . Also in the manufacture of the microfluidic device 105 or the insert element 410 using an injection mold, this is advantageous in terms of cost and effort.

Das Einlegeelement 410 weist gemäß einem Ausführungsbeispiel zudem eine vorgelagerte Substanz zum Prozessieren in der mikrofluidischen Vorrichtung 105 auf. Dazu ist das Einlegeelement 410 beispielsweise als Reagenzriegel ausgeformt, in dem Reagenzien zum Prozessieren in der mikrofluidischen Vorrichtung 105 aufbewahrt oder vorgelagert werden. In diesem Fall ist die Reagenzienvorlagerung in der mikrofluidischen Vorrichtung 105 in der hier gezeigten Kammer in Form des Hohlraums 130 mit dem Einlegeelement 410 mit der Elektrizitätsübertragung zwischen der mikrofluidischen Vorrichtung 105 und dem Analysegerät 100 kombinierbar.The insert element 410 according to one embodiment, also has an upstream substance for processing in the microfluidic device 105 on. This is the insert element 410 for example shaped as a reagent bar, in the reagents for processing in the microfluidic device 105 be kept or stored in front. In this case the reagent pre-storage is in the microfluidic device 105 in the chamber shown here in the form of the cavity 130 with the insert element 410 with the transmission of electricity between the microfluidic device 105 and the analyzer 100 combinable.

Zudem weist die mikrofluidische Vorrichtung 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel ein an dem Hohlraum 130 angeordnetes Abschirmelement auf. Das Abschirmelement ist ausgebildet, eine Umgebung des Hohlraums 130 von einem mittels der Leiterbahn 135 als elektrischer Spule erzeugten Magnetfeld abzuschirmen. Das Abschirmelement ist beispielsweise als eine Blechhülle realisierbar, die an zumindest einer der Innenwände des Hohlraums 130 anordenbar ist. Das Anordnen des Abschirmelements ist vorteilhaft in Bezug auf eine elektromagnetische Verträglichkeit anderer in der mikrofluidischen Vorrichtung 105 oder dem Analysegerät 100 angeordneter Komponenten.In addition, the microfluidic device 105 according to an embodiment, on the cavity 130 arranged shielding element. The shielding element is designed to surround the cavity 130 one by means of the conductor track 135 shield magnetic field generated as an electrical coil. The shielding element can be implemented, for example, as a sheet metal casing, which is attached to at least one of the inner walls of the cavity 130 can be arranged. The arrangement of the shielding element is advantageous with regard to the electromagnetic compatibility of others in the microfluidic device 105 or the analyzer 100 arranged components.

5 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils einer mikrofluidischen Vorrichtung 105 und eines Analysegeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die mikrofluidische Vorrichtung 105 entspricht oder ähnelt der mikrofluidischen Vorrichtung aus einer der vorstehend beschriebenen Figuren und/oder das Analysegerät entspricht oder ähnelt dem Analysegerät aus einer der vorstehend beschriebenen Figuren. Als Teil der mikrofluidischen Vorrichtung 105 ist hier eine Aufsicht auf das Substrat 125 mit dem Hohlraum 130 gezeigt, um den die Leiterbahn 135 in Form der Wicklung herumgeführt ist. Der Hohlraum 130 ist hier nicht als Fluid-Kammer ausgeführt, sondern als Hohlraum 130 zum Einführen eines Justagepins zum korrekten Positionieren der mikrofluidischen Vorrichtung 105 in dem Analysegerät. Als Teil des Analysegeräts ist das Bewegungselement 120 mit der Anregungsspule 205 gezeigt. Das Bewegungselement 120 ist hier als Justagepin ausgeführt. 5 shows a schematic representation of part of a microfluidic device 105 and an analysis device according to an embodiment. The microfluidic device 105 corresponds or resembles the microfluidic device from one of the figures described above and / or the analysis device corresponds or resembles the analysis device from one of the figures described above. As part of the microfluidic device 105 here is a top view of the substrate 125 with the cavity 130 shown around the track 135 is led around in the form of the winding. The cavity 130 is not designed as a fluid chamber, but as a cavity 130 for inserting an alignment pin for correct positioning of the microfluidic device 105 in the analyzer. The motion element is part of the analyzer 120 with the excitation coil 205 shown. The movement element 120 is implemented here as an adjustment pin.

6 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils einer mikrofluidischen Vorrichtung 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die mikrofluidische Vorrichtung 105 entspricht oder ähnelt der mikrofluidischen Vorrichtung aus einer der vorstehend beschriebenen Figuren. Als Teil der mikrofluidischen Vorrichtung 105 sind hier die Membran 405, ein Einführbereich 605 für das Bewegungselement und die spiralförmig um den Einführbereich 605 umlaufend angeordnete Leiterbahn 135 gezeigt. Der Einführbereich 605 entspricht zumindest einem Durchmesser des Bewegungselements 120. 6 shows a schematic representation of part of a microfluidic device 105 according to an embodiment. The microfluidic device 105 corresponds or is similar to the microfluidic device from one of the figures described above. As part of the microfluidic device 105 here are the membrane 405 , an insertion area 605 for the moving element and the spiral around the insertion area 605 all-round conductor track 135 shown. The lead-in area 605 corresponds to at least one diameter of the movement element 120 .

Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Leiterbahn 135 planar an einer dem Hohlraum zugewandten Seite der Membran 405 angeordnet. Die planaren Wicklungen der Leiterbahn 135 erstrecken sich in einer gemeinsamen Ebene. Die Leiterbahn 135 liegt hier spulenförmig in einer Ebene. Zudem ist die Leiterbahn 135 auf die Membran 405 aufgebracht oder in die Membran 405 eingebettet. Zum Einbetten der Leiterbahn 135 in die Membran 405 ist die Membran 405 in zwei Schichten ausführbar, wobei die Leiterbahn 135 zwischen die beiden beispielsweise durch Laserschweißen verbundenen Schichten der Membran 405 angeordnet ist, um die Elektronik der Leiterbahn 135 von beiden Seiten abzudecken. Das elastische Material der Membran 405 wirkt dabei abdichtend, wodurch die Membran 405 mit der eingebetteten Leiterbahn auch in nasser Umgebung verwendbar ist, beispielsweise wenn der Hohlraum den Reagenzriegel für die mikrofluidische Vorrichtung 105 aufweist. Die Leiterbahn 135 ist als gedruckte Elektronik, beispielsweise mittels Siebdruck von Silber- oder Karbonpasten, realisierbar. Die hier gezeigte planar angeordnete Leiterbahn 135 ist zum Bereitstellen der Funktionalität der elektrischen Spule optional verformbar, was detaillierter anhand der nachfolgenden 7 beschrieben ist.According to the embodiment shown here, the conductor track 135 planar on a side of the membrane facing the cavity 405 arranged. The planar windings of the conductor track 135 extend in a common plane. The conductor track 135 here lies in a coil in one plane. In addition, the conductor track 135 on the membrane 405 applied or in the membrane 405 embedded. For embedding the conductor track 135 into the membrane 405 is the membrane 405 Executable in two layers, the conductor track 135 between the two, for example by laser welding connected layers of the membrane 405 is arranged to the electronics of the conductor track 135 cover from both sides. The elastic material of the membrane 405 acts as a seal, causing the membrane 405 can also be used with the embedded conductor track in a wet environment, for example when the cavity is the reagent bar for the microfluidic device 105 having. The conductor track 135 can be realized as printed electronics, for example by means of screen printing of silver or carbon pastes. The planar circuit shown here 135 is optionally deformable to provide the functionality of the electrical coil, which is described in more detail with reference to the following 7 is described.

7 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils einer mikrofluidischen Vorrichtung 105 und eines Analysegeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der hier gezeigte Teil der mikrofluidischen Vorrichtung 105 ähnelt oder entspricht dem anhand von 6 beschriebenen Ausführungsbeispiel, mit der Membran 405 und der planar und spiralförmig angeordneten Leiterbahn 135. Als Teil des Analysegeräts 100 ist das Bewegungselement 120 gezeigt. 7 shows a schematic representation of part of a microfluidic device 105 and an analysis device according to an embodiment. The part of the microfluidic device shown here 105 resembles or corresponds to that based on 6 described embodiment, with the membrane 405 and the planar and spirally arranged conductor track 135 . As part of the analyzer 100 is the movement element 120 shown.

Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Leiterbahn 135 zum Bereitstellen der Funktionalität der elektrischen Spule durch ein Auslenken der Membran 405 verformbar. Die Membran 405 ist durch einen mechanischen Kontakt mit dem Bewegungselement 120 verformbar. Durch das Einführen des Bewegungselements 120 wird die spulenförmige Windung der Leiterbahn 135 mit dem Auslenken der Membran entlang einer Bewegungsrichtung des Bewegungselements 120 verformt, wodurch eine elektrische Spule ausgeformt wird. Die planar aufgebrachte Leiterbahn 135 wird somit zu einer dreidimensionalen Spule verformt. Somit kann die hier gezeigte mikrofluidische Vorrichtung 105 auch als Vorrichtung zur Herstellung einer Spule bezeichnet werden. In dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Membran 405 ausgelenkt, wenn das Bewegungselement, beispielsweise in Form eines Stößels aus einem magnetisierbaren Material, auf den Einführbereich für das Bewegungselement trifft. Das Material der Membran 405 zwischen den Spulenwindungen der Leiterbahn 135 dehnt sich entsprechend der Form und der Bewegungsrichtung des Bewegungselements 120 aus. Dabei verformt sich die Leiterbahn 135, sodass sie zu einem dreidimensionalen Gebilde wird.According to the embodiment shown here, the conductor track 135 to provide the functionality of the electrical coil by deflecting the membrane 405 deformable. The membrane 405 is through mechanical contact with the moving element 120 deformable. By introducing the moving element 120 becomes the coil-shaped turn of the conductor track 135 with the deflection of the membrane along a direction of movement of the moving element 120 deformed, whereby an electrical coil is formed. The planar conductor track 135 is thus deformed into a three-dimensional coil. Thus, the microfluidic device shown here can 105 also be referred to as a device for producing a coil. In the in 7 The embodiment shown is the membrane 405 deflected when the movement element, for example in the form of a plunger made of a magnetizable material, strikes the insertion area for the movement element. The material of the membrane 405 between the coil turns of the conductor track 135 expands according to the shape and direction of movement of the moving element 120 out. This causes the conductor track to deform 135 so that it becomes a three-dimensional structure.

Die Verformung der Leiterbahn 135 ist mit der Elastizität der Membran 405 reversibel, und wenn das Bewegungselement 120 herausgezogen wird, nimmt die Leiterbahn 135 wieder den flachen, planaren Ausgangszustand ein. Dies ist vorteilhafterweise platzsparend. Für die planare Mikrofabrikation der Leiterbahn 135 ist vorteilhafterweise zudem kein komplexes dreidimensionales Verfahren erforderlich. Bei einer Dimensionierung der Leiterbahn 135 ist ein Steigungswinkel der Windung der Leiterbahn 135 beim Verformen zur der elektrischen Spule wichtig, damit die Leiterbahn 135 keine zu große Biegung erfäh rt.The deformation of the conductor track 135 is with the elasticity of the membrane 405 reversible, and if the movement element 120 is pulled out, takes the conductor track 135 the flat, planar initial state. This is advantageously space-saving. For the planar microfabrication of the conductor track 135 no complex three-dimensional method is advantageously required. When dimensioning the conductor track 135 is a pitch angle of the winding of the conductor track 135 important when deforming to the electrical coil so that the conductor track 135 no too large a bend.

Die mikrofluidische Vorrichtung 105 weist gemäß einem Ausführungsbeispiel eine weitere Leiterbahn auf. Die weitere Leiterbahn ist an der Membran 405 oder an einer weiteren Membran an dem Hohlraum angeordnet. Dabei sind die Leiterbahn 135 und die weitere Leiterbahn so anordenbar, dass die weitere Leiterbahn beim Einführen des Bewegungselements 120 in die Leiterbahn 135 gedrückt wird. Dadurch bilden sich zwei übereinander liegende Spulen aus der Leiterbahn 135 und der weiteren Leiterbahn, was eine kontaktfreie induktive Energieübertragung ermöglicht.The microfluidic device 105 has a further conductor track according to one exemplary embodiment. The other conductor track is on the membrane 405 or arranged on a further membrane on the cavity. Here are the conductor track 135 and the further conductor track can be arranged in such a way that the further conductor track when the movement element is introduced 120 into the conductor track 135 is pressed. As a result, two coils lying one above the other form from the conductor track 135 and the further conductor track, which enables contact-free inductive energy transmission.

Auch die hier gezeigte Ausführungsform der Membran 405 mit der eingebetteten Leiterbahn 135 ist zum Abdichten des Hohlraums verwendbar, um den Hohlraum als Fluid-Kammer, beispielsweise als Reagenzvorlagerungskammer, nutzbar zu machen.Also the embodiment of the membrane shown here 405 with the embedded conductor track 135 can be used to seal the cavity in order to make the cavity usable as a fluid chamber, for example as a reagent storage chamber.

8 zeigt eine schematische Darstellung eines Analysegeräts 100 mit einer mikrofluidischen Vorrichtung 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die mikrofluidische Vorrichtung 105 ähnelt anhand vorhergehend gezeigter Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen und umfasst das Substrat 125 mit dem Hohlraum 130 und der spiralförmig um den Hohlraum 130 umlaufend angeordneten Leiterbahn 135. Das hier gezeigte Analysegerät ähnelt oder entspricht dem anhand vorhergehender Figuren beschriebenen Analysegerät 100 mit der beweglichen Plattform 115 mit dem Bewegungselement 120. Die Anordnung der Anregungsspule 205 an dem Bewegungselement 120 entspricht dem anhand von 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel, mit der Anordnung der Anregungsspule 205 an einem in die Plattform 115 eingebettetem Abschnitt des Bewegungselements 120. 8th shows a schematic representation of an analysis device 100 with a microfluidic device 105 according to an embodiment. The microfluidic device 105 is similar to the exemplary embodiments described with reference to the figures shown above and comprises the substrate 125 with the cavity 130 and the spiral around the cavity 130 all-round conductor track 135 . The analysis device shown here is similar or corresponds to the analysis device described with reference to the previous figures 100 with the moving platform 115 with the moving element 120 . The arrangement of the excitation coil 205 on the moving element 120 corresponds to that using 3rd described embodiment, with the arrangement of the excitation coil 205 at one in the platform 115 embedded section of the moving element 120 .

Die Plattform 115 ist hier in Richtung des Aufnahmebereichs der mikrofluidischen Vorrichtung 105 bewegbar. Hier weist die Plattform 115 zudem beispielhaft eine Spindel 805 auf. Die Spindel 805 ist ausgebildet, die Plattform 115 und damit das Bewegungselement 120 zu bewegen. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Plattform 115, das Bewegungselement 120 und die mikrofluidische Vorrichtung 105 hochgefahren, bis die mikrofluidische Vorrichtung 105 oben an einen Deckenabschnitt des Analysegeräts 100 anstößt, wodurch das Bewegungselement 120 bis zum Anschlag in den von der Leiterbahn 135 umhüllten Hohlraum 130 der mikrofluidischen Vorrichtung 105 eingeführt wird. The platform 115 is here in the direction of the receiving area of the microfluidic device 105 movable. Here the platform points 115 also a spindle as an example 805 on. The spindle 805 is trained the platform 115 and thus the movement element 120 to move. In the embodiment shown here, the platform 115 , the movement element 120 and the microfluidic device 105 ramped up until the microfluidic device 105 on top of a ceiling section of the analyzer 100 abuts, causing the moving element 120 up to the stop in the of the conductor track 135 enveloped cavity 130 the microfluidic device 105 is introduced.

Durch ein Anlegen von Elektrizität an die Anregungsspule 205 kann über die Leiterbahn 135 als elektrischer Spule per Induktion ein Verbraucher 810 auf der mikrofluidischen Vorrichtung 105 betrieben werden. Die mikrofluidische Vorrichtung 105 umfasst optional wie in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel elektrizitätsführende Netze und den Verbraucher 810, beispielsweise für dielektrophoretische Anwendungen. Die Energieübertragung per Induktion wie hier mittels der Leiterbahn 135 als elektrischer Spule und der Anregungsspule 205 an dem Bewegungselement 120 ist dabei vorteilhaft für eine stabile Energieübertragung zwischen dem Analysegerät 100 und der mikrofluidischen Vorrichtung 105 mit einfach trennbaren Kontakten, die auch eine Vielzahl an Kontaktierungsvorgänge degradationsfrei zu überstehen.By applying electricity to the excitation coil 205 can over the conductor track 135 as electrical coil by induction a consumer 810 on the microfluidic device 105 operate. The microfluidic device 105 optionally includes electricity-carrying networks and the consumer, as in the exemplary embodiment shown here 810 , for example for dielectrophoretic applications. The energy transfer by induction like here by means of the conductor track 135 as an electrical coil and the excitation coil 205 on the moving element 120 is advantageous for stable energy transfer between the analyzer 100 and the microfluidic device 105 with easily separable contacts that can withstand a multitude of contacting processes without degradation.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102007045946 A1 [0003]

Claims

Microfluidic device (105) with the following features: a substrate (125) with at least one cavity (130) into which a movement element (120) can be inserted; and a conductive trace (135) disposed on the cavity (130), the conductive trace (135) being shaped to provide functionality of an electrical coil for inductive energy transfer when the motion element (120) is inserted into the cavity (130) .

Microfluidic device (105) according to Claim 1 , wherein the conductor track (135) is arranged in a spiral around an insertion area (605) for the movement element (120).

Microfluidic device (105) according to one of the preceding claims, wherein the conductor track (135) is designed as an electrical coil and is designed to provide the inductive energy transmission if the movement element (120) has an excitation coil (205) and into the cavity (130 ) is introduced.

Microfluidic device (105) according to Claim 3 , With a core element, which is arranged inside the electrical coil in the cavity (130) and projects beyond the electrical coil in order to introduce an excitation magnetic field into the coil.

Microfluidic device (105) according to one of the preceding claims, wherein the substrate (125) has a shielding element arranged on the cavity (130), which is designed to shield an environment of the cavity (130) from a magnetic field generated by the electrical coil.

Microfluidic device (105) according to one of the preceding claims, wherein the substrate (125) has an insert element (410) which can be arranged in the cavity (130), the conductor track (135) being arranged on the insert element (410).

Microfluidic device (105) according to Claim 7 , wherein the insert element (410) has an upstream substance for processing in the microfluidic device (105).

Microfluidic device (105) according to one of the preceding claims, wherein the substrate (125) comprises a membrane (405), the membrane (405) being arranged on one side of the cavity (130) on which the movement element (120) can be inserted , wherein the membrane (405) is shaped to seal the cavity (130) on at least the side in a fluid-tight manner.

Microfluidic device (105) according to Claim 8 , wherein the membrane (405) is formed from an elastic and electrically insulating material.

Microfluidic device (105) according to Claim 8 or 9 , wherein the conductor track (135) is arranged planar on a side of the membrane (405) facing the cavity (130).

Microfluidic device (105) according to Claim 8 to 10th The conductor track (135) can be deformed to provide the functionality of the electrical coil by deflecting the membrane (405).

Microfluidic device (105) according to one of the Claims 8 to 11 , with a further conductor track (135), the further conductor track (135) being arranged on the membrane (405) or on a further membrane (405) on the cavity (130).

Analysis device (100) for a microfluidic device (105), the microfluidic device (105) comprising a substrate (125) with at least one cavity (130) into which a movement element (120) can be inserted and a conductor track (135) is arranged in the cavity (130) and is designed to provide functionality of an electrical coil for inductive energy transmission when the movement element (120) is inserted into the cavity (130), the analysis device (100) having the following features: a receiving area (110) for receiving the microfluidic device (105); and a movable platform (115) with the movement element (120), the platform (115) being designed to insert the movement element (120) into the cavity (130).

Analyzer (100) according to Claim 13 , wherein the movement element (120) has an excitation coil (205) for inductive energy transmission.

Analyzer (100) according to Claim 13 or 14 , wherein the movement element (120) is shaped as a hollow cylinder.