DE102021005140A1 - Device for controlling the flow of a liquid through a microfluidic connection device - Google Patents

Device for controlling the flow of a liquid through a microfluidic connection device Download PDF

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Hans Kleine-Brüggeney
Robert WEINGARTEN
Sebastian BÜHREN
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Evorion Biotechnologies GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Steuerung der Strömung einer Flüssigkeit durch eine mikrofluidische Verbindungsvorrichtung (2), wobei die Vorrichtung (1) mindestens ein Eingangsreservoir (3), die Verbindungsvorrichtung (2) und mindestens ein Ausgangsreservoir (4) aufweist, wobei das Eingangsreservoir (3) derart über die Verbindungsvorrichtung (2) mit dem Ausgangsreservoir (4) verbunden ist, dass Flüssigkeit vom Eingangsreservoir (3) durch die Verbindungsvorrichtung (2) in das Ausgangsreservoir (4) oder umgekehrt strömen kann.Die Vorrichtung (1) weist eine Eingangsdruckquelle (5) auf, wobei die Vorrichtung (1) derart ausgebildet ist, dass die Eingangsdruckquelle (5) das Eingangsreservoir (3) mit einem Druck beaufschlagen kann.Die Vorrichtung (1) weist ferner eine Ausgangsdruckquelle (6) auf, wobei die Vorrichtung (1) derart ausgebildet ist, dass die Ausgangsdruckquelle (6) das Ausgangsreservoir (4) mit einem Druck beaufschlagen kann.The invention relates to a device (1) for controlling the flow of a liquid through a microfluidic connection device (2), the device (1) having at least one inlet reservoir (3), the connection device (2) and at least one outlet reservoir (4), wherein the input reservoir (3) is connected to the output reservoir (4) via the connecting device (2) in such a way that liquid can flow from the input reservoir (3) through the connecting device (2) into the output reservoir (4) or vice versa.The device (1) has an input pressure source (5), the device (1) being designed in such a way that the input pressure source (5) can pressurize the input reservoir (3). The device (1) also has an output pressure source (6), wherein the device (1) is designed in such a way that the outlet pressure source (6) can pressurize the outlet reservoir (4).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 (gattungsgemäße Vorrichtung).The invention relates to a device according to the preamble of claim 1 (generic device).

Eine derartige Vorrichtung ist aus der europäischen Patentschrift EP 2 720 103 B1 bekannt. Wie in der Patentschrift zu sehen, befindet sich zwischen Eingangs- und Ausgangsöffnungen ein mikrofluidisches Kanalsystem, durch die ein Fluid mit einer gewünschte Durchflussrate (Volumenstrom) strömen soll. Die Fluidströmung kommt dadurch zu Stande, dass eine Druckdifferenz zwischen Eingangs- und Ausgangsöffnungen eingestellt wird. Um zu ermitteln, welche Drücke an den Eingangs- und Ausgangsöffnungen für die Erreichung der gewünschten Durchflussrate anzulegen sind, werden zunächst über eine bestimmte Dauer beliebige Drücke an den Öffnungen appliziert und die Durchflussrate, die sich in Reaktion auf die Drücke ergeben, mittels Drucksensoren an verschiedenen Stellen des mikrofluidischen Kanalsystems gemessen. Aufgrund von Zeitreihen der gemessenen Drücke und Durchflüsse werden die Parameter des Kanalsystems - zum Beispiel Elastizität der Kanäle oder Leckagen - geschätzt und auf deren Grundlage ermittelt ein Computer die Drücke, die an den Eingangs- und Ausgangsöffnungen anzulegen sind, damit die gewünschte Durchflussrate erreicht wird.Such a device is known from European patent specification EP 2 720 103 B1 known. As in As can be seen from the patent specification, there is a microfluidic channel system between the input and output openings, through which a fluid is intended to flow at a desired flow rate (volume flow). The fluid flow comes about by setting a pressure difference between the inlet and outlet openings. In order to determine which pressures are to be applied to the inlet and outlet openings to achieve the desired flow rate, any pressures are first applied to the openings over a certain period of time and the flow rate, which results in response to the pressures, is measured using pressure sensors at different Points of the microfluidic channel system measured. The parameters of the duct system - for example elasticity of the ducts or leaks - are estimated on the basis of time series of the measured pressures and flow rates, and on this basis a computer determines the pressures that must be applied to the inlet and outlet openings in order to achieve the desired flow rate.

Es ist jedoch nicht einfach, in derart kleinen Strukturen Durchflusssensoren anzubringen. Um zuverlässige Messergebnisse zu erhalten, müssen die Sensoren äußerst genau positioniert werden, wodurch sich Aufwand und Kosten für derartige Vorrichtungen erhöhen. Ferner ist eine Kalibrierung erforderlich, um die Drücke zu ermitteln, die für die gewünschte Durchflussrate erforderlich sind.However, it is not easy to mount flow sensors in such small structures. In order to obtain reliable measurement results, the sensors must be positioned extremely precisely, which increases the complexity and costs for such devices. Calibration is also required to determine the pressures required for the desired flow rate.

In Absatz 21 der EP 2 720 103 B1 wird eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben, nach der die Druckbeaufschlagung der Einlass- und Auslassöffnungen mithilfe von Druckreservoiren erfolgt. In diesen Reservoiren wird ein Druck erzeugt, sodass das darin enthaltene Fluid in das mikrofluidische Kanalsystem eingeleitet werden kann, wodurch sich die Reservoire (mit dem höheren Druck) allmählich entleeren. Dies kann eine Nachfüllung der Reservoire erfordern, was zu einer Unterbrechung der Anwendung führt. Die Reservoire müssen geöffnet werden und nach der Befüllung müssen sie in der Regel wieder dicht verschlossen werden. Bei teuren und sensiblen Flüssigkeiten auf dem Gebiet der Biotechnologie ist ein besonders behutsames Vorgehen erforderlich.In paragraph 21 of the EP 2 720 103 B1 describes an exemplary embodiment according to which the pressurization of the inlet and outlet ports is carried out using pressure reservoirs. A pressure is generated in these reservoirs so that the fluid contained therein can be introduced into the microfluidic channel system, as a result of which the reservoirs (with the higher pressure) are gradually emptied. This may require refilling of the reservoirs, resulting in an interruption in use. The reservoirs have to be opened and after filling they usually have to be tightly closed again. In the case of expensive and sensitive liquids in the field of biotechnology, a particularly careful approach is required.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der WO2020229650A1 bekannt. Eine Steuerung der Strömung einer Flüssigkeit durch ein mikrofluidisches System wird hierin jedoch nicht thematisiert.A generic device is from WO2020229650A1 known. However, controlling the flow of a liquid through a microfluidic system is not discussed here.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße Vorrichtung bereitzustellen, die gegenüber der Vorrichtung aus EP 2 720 103 B1 eine einfachere Bauweise aufweist sowie eine unkompliziertere und unterbrechungsärmere Anwendung gewährleistet.The object of the present invention is therefore to provide a generic device which, compared to the device EP 2 720 103 B1 has a simpler design and ensures a more uncomplicated and less disruptive application.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Abbildungen angegeben. Die Aufgabe wird auch mittels des Verwendungsanspruch 9 gelöst.This object is solved by a device according to claim 1. Advantageous embodiments are specified in the subclaims and the description as well as the figures. The object is also achieved by means of claim 9 of use.

Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, die Änderung des hydrodynamischen Widerstandes in der mikrofluidischen Verbindungsvorrichtung mittelbar zu erfassen. Anstatt in aufwändiger und teurer Weise präzise Volumenstromsensoren direkt in die mikrofluidische Verbindungsvorrichtung einzubauen, wird die Widerstandsänderung aufgrund der Änderung des Verhältnisses von Füllstand des Eingangsreservoirs (Eingangspegel) zu Füllstand des Ausgangsreservoirs (Ausgangspegel) erfasst.The invention is based on the basic idea of indirectly detecting the change in the hydrodynamic resistance in the microfluidic connection device. Instead of installing precise volumetric flow sensors directly into the microfluidic connection device in a complex and expensive manner, the change in resistance is detected based on the change in the ratio of the filling level of the input reservoir (input level) to the filling level of the output reservoir (output level).

Dabei bedient sich die Erfindung dem nachstehend wiedergegebenen „Ohm'schen Gesetz der Flüssigkeitsströmung“. Q = Δ p R

Figure DE102021005140A1_0001
The invention makes use of “Ohm's law of liquid flow” reproduced below. Q = Δ p R
Figure DE102021005140A1_0001

Dabei ist Q der Volumenstrom, Δp die Druckdifferenz und R der hydrodynamische Widerstand.Here Q is the flow rate, Δp is the pressure difference and R is the hydrodynamic resistance.

Erhöht sich der hydrodynamische Widerstand R, so verringert sich der Volumenstrom Q. Um den Volumenstrom Q wieder auf den vorherigen Wert zu erhöhen, wird die Druckdifferenz Δp um den Faktor erhöht, um den sich zuvor der Widerstand R erhöht hat.If the hydrodynamic resistance R increases, the volume flow Q decreases. In order to increase the volume flow Q back to the previous value, the pressure difference Δp is increased by the factor by which the resistance R previously increased.

Erhöht sich beispielsweise der hydrodynamische Widerstand, weil etwa ein Partikel in eine Falle der Verbindungsvorrichtung gelangt und dort eine Querschnittsverengung verursacht, so erhöht sich der Eingangspegel, weil die Eingangsleitung weiterhin Flüssigkeit in das Eingangsreservoir einleitet, die Flüssigkeit jedoch aufgrund der Verengung nur noch verlangsamt über die Abflussöffnung des Eingangsreservoirs abfließen kann. Zudem kommt weniger Flüssigkeit im Ausgangsreservoir an, gleichzeitig wird aber durch die Ausgangsleitung Flüssigkeit aus dem Ausgangsreservoir ausgesaugt. Dies führt wiederum zum Absinken des Ausgangspegels.If, for example, the hydrodynamic resistance increases because a particle gets into a trap of the connecting device and causes a cross-sectional constriction there, the inlet level increases because the inlet line continues to feed liquid into the inlet reservoir, but the liquid only slows down due to the narrowing via the Drain opening of the input reservoir can drain. In addition, less liquid arrives in the outlet reservoir, but at the same time liquid is sucked out of the outlet reservoir through the outlet line. This in turn causes the output level to drop.

In Reaktion hierauf kann die Vorrichtung durch Abstimmung der Drücke mittels der Druckquellen, insbesondere der Eingangsdruckquelle und der Ausgangsdruckquelle, eine größere Druckdifferenz Δp einstellen, sodass wieder der Volumenstrom vor der Widerstandserhöhung erreicht wird.In response to this, the device can set a larger pressure difference Δp by matching the pressures by means of the pressure sources, in particular the input pressure source and the output pressure source, so that the volume flow before the increase in resistance is reached again.

Hierzu bedarf es keiner Kalibrierung mit vorherigem Ausprobieren verschiedener Drücke zur Bestimmung der Änderung des hydrodynamischen Widerstandes. Eine Widerstandsänderung schlägt sich unmittelbar in ein verändertes Pegelverhältnis nieder und die erfindungsgemäße Vorrichtung kann daraufhin unmittelbar durch Druckanpassungen reagieren. Gleichzeitig wird die mikrofluidische Verbindungsvorrichtung kontinuierlich mit frischer Flüssigkeit versorgt, was für bestimmte Anwendungen auf dem Gebiet der Biotechnologie wichtig ist.This does not require calibration with prior testing of different pressures to determine the change in hydrodynamic resistance. A change in resistance is immediately reflected in a changed level ratio and the device according to the invention can then react immediately by adjusting the pressure. At the same time, the microfluidic connection device is continuously supplied with fresh liquid, which is important for certain applications in the field of biotechnology.

Die Vorrichtung ist vorzugsweise eine Vorrichtung zur Durchführung und Analyse biologischer und chemischer Prozesse. Sie ist beispielsweise eine Inkubationsvorrichtung.The device is preferably a device for carrying out and analyzing biological and chemical processes. For example, it is an incubator.

Die Steuerung der Strömung erfolgt insbesondere mithilfe von Mitteln der elektronischen Datenverarbeitung wie beispielsweise Prozessoren, Speicher und Programmen. Sie sind insbesondere mit den Sensoren (zum Beispiel Füllstandssensoren) und Aktoren (zum Beispiel Druckquellen) der Vorrichtung zu einem Steuerungs- und/oder Regelungssystem verbunden.The flow is controlled in particular with the aid of electronic data processing means such as processors, memories and programs. In particular, they are connected to the sensors (for example level sensors) and actuators (for example pressure sources) of the device to form a control and/or regulation system.

Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung mindestens ein Eingangsreservoir auf. Daher kann die Vorrichtung mehrere Eingangsreservoire aufweisen. In diesem Fall gelten die Merkmale betreffend das mindestens eine Eingangsreservoir entsprechend für die weiteren Eingangsreservoire. Entsprechendes gilt für das Ausgangsreservoir.According to the invention, the device has at least one input reservoir. Therefore, the device can have multiple input reservoirs. In this case, the features relating to the at least one input reservoir apply correspondingly to the other input reservoirs. The same applies to the outlet reservoir.

Vorzugsweise sind die Reservoire nicht mikrofluidisch, sondern größer. Für sie gelten dann makrofluidische Bedingungen. Das hat den Vorteil, dass die Anbringung von Bauteilen wie Füllstandssensoren einfacher erfolgen kann.The reservoirs are preferably not microfluidic but larger. Macrofluidic conditions then apply to them. This has the advantage that components such as level sensors can be attached more easily.

Die mikrofluidische Verbindungsvorrichtung ist beispielsweise ein mikrofluidischer Kanal. Sie kann auch ein Netzwerk aus mikrofluidischen Kanälen sein. Ein mikrofluidischer Kanal hat vorzugsweise eine Querschnittsfläche von höchstens 0,25 mm2, 0,02 mm2 oder 0,008 mm2. Denkbar ist, dass das Kanalnetz einen gemeinsamen Eingangskanal hat, der mit dem Eingangsreservoir verbunden ist, und einen gemeinsamen Ausgangskanal, der mit dem Ausgangsreservoir verbunden ist. Zwischen Eingangs- und Ausgangskanal können Kanäle beispielsweise parallel verlaufen und miteinander verzweigt sein.The microfluidic connection device is a microfluidic channel, for example. It can also be a network of microfluidic channels. A microfluidic channel preferably has a cross-sectional area of at most 0.25 mm 2 , 0.02 mm 2 or 0.008 mm 2 . It is conceivable that the channel network has a common input channel that is connected to the input reservoir and a common output channel that is connected to the output reservoir. Channels can, for example, run parallel between the input and output channels and be branched out with one another.

Die mikrofluidische Vorrichtung (insbesondere die Kanäle) ist (sind) vorzugsweise starr, sodass ihre Elastizität keinen oder einen geringfügigen Einfluss auf die Änderung des hydrodynamischen Widerstands hat.The microfluidic device (in particular the channels) is (are) preferably rigid such that its elasticity has little or no influence on the change in hydrodynamic drag.

Die mikrofluidische Verbindungsvorrichtung weist vorzugsweise mikrofluidische Bauteile wie mikrofluidische Ventile und Pumpen auf. Die mikrofluidische Verbindungsvorrichtung kann beispielsweise ein Lab-on-a-Chip-System sein.The microfluidic connection device preferably has microfluidic components such as microfluidic valves and pumps. The microfluidic connection device can be a lab-on-a-chip system, for example.

Die Zuleitungsdruckquelle ist verschieden von der Eingangsdruckquelle. Die Ableitungsdruckquelle ist verschieden von der Ausgangsdruckquelle. Die Eingangsdruckquelle ist verschieden von der Ausgangsdruckquelle.The line pressure source is different from the inlet pressure source. The drain pressure source is different from the outlet pressure source. The input pressure source is different from the output pressure source.

In einer denkbaren Ausführungsform weist die Eingangsleitung und/oder die Ausgangsleitung einen Volumenstromsensor auf, der den Volumenstrom durch die jeweilige Leitung erfasst. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung keinen Volumenstromsensor auf.Die Eingangsleitung und/oder die Ausgangsleitung ist insbesondere eine Kapillare.In a conceivable embodiment, the input line and/or the output line has a volume flow sensor that detects the volume flow through the respective line. In a preferred embodiment, the device does not have a volume flow sensor. The input line and/or the output line is in particular a capillary.

Als Druckquelle kommt beispielsweise eine Pumpe oder ein Kompressor in Betracht.A pump or a compressor, for example, can be used as a pressure source.

Vorzugsweise ist die Eingangsdruckquelle eine Gasdruckquelle, insbesondere eine Luftdruckquelle. Die Vorrichtung ist also derart ausgebildet dass die Eingangsdruckquelle das Eingangsreservoir mittels eines Gases mit einem Druck beaufschlagen kann. Entsprechendes gilt für die Ausgangsdruckquelle.The input pressure source is preferably a gas pressure source, in particular an air pressure source. The device is thus designed in such a way that the input pressure source can pressurize the input reservoir by means of a gas. The same applies to the outlet pressure source.

Vorzugsweise ist die Zuleitungsdruckquelle eine Gasdruckquelle, insbesondere eine Luftdruckquelle. Die Vorrichtung ist also derart ausgebildet, dass mittels der Zuleitungsdruckquelle über die Eingangsleitung Flüssigkeit in das Eingangsreservoir eingeleitet oder aus dem Eingangsreservoir ausgesaugt werden kann, wobei dies mittels eines Druckgases geschieht, das die Flüssigkeit befördert. Entsprechendes gilt für die Ableitungsdruckquelle.The supply line pressure source is preferably a gas pressure source, in particular an air pressure source. The device is thus designed in such a way that liquid can be introduced into the inlet reservoir or sucked out of the inlet reservoir by means of the supply line pressure source via the inlet line, this being done by means of a compressed gas that transports the liquid. The same applies to the discharge pressure source.

Vorzugsweise kann mittels der Zuleitungsdruckquelle unmittelbar über die Eingangsleitung Flüssigkeit in das Eingangsreservoir eingeleitet oder aus dem Eingangsreservoir ausgesaugt werden. Insbesondere ragt die Eingangsleitung in das Eingangsreservoir hinein. Entsprechendes gilt für die Ausgangsdruckquelle.Liquid can preferably be introduced into the inlet reservoir or sucked out of the inlet reservoir directly via the inlet line by means of the inlet line pressure source. In particular, the input line protrudes into the input reservoir. The same applies to the outlet pressure source.

Erfindungsgemäß kann die Vorrichtung die Drücke der Druckquellen derart aufeinander abstimmen, dass der Volumenstrom in der Verbindungsvorrichtung dem Volumenstrom ohne die Änderung des hydrodynamischen Widerstands entspricht. Der Begriff „entspricht“ umfasst dabei auch Ausführungsformen, bei denen der Volumenstrom vor Änderung des hydrodynamischen Widerstands von dem Volumenstrom nach der Abstimmung der Druckquellen bis zu 10 % abweicht. Idealerweise sind aber die Volumenströme gleich.According to the invention, the device can coordinate the pressures of the pressure sources with one another in such a way that the volume flow in the connecting device corresponds to the volume flow without changing the corresponds to hydrodynamic resistance. The term “corresponds” also includes embodiments in which the volume flow before the hydrodynamic resistance changes deviates from the volume flow after the pressure sources have been adjusted by up to 10%. Ideally, however, the volume flows are the same.

Der hydrodynamische Widerstand ändert sich beispielsweise, wenn mit der Strömung fortbewegte Partikel in einer Falle der Verbindungsvorrichtung gelangen und dadurch festgesetzt werden. Der hydrodynamische Widerstand wird beispielsweise verringert, wenn ein Partikel aus einer Falle freigegeben wird, sodass es sich mit der Strömung fortbewegt.The hydrodynamic drag changes, for example, when particles carried along with the flow get caught in a trap of the connecting device and are thus trapped. For example, hydrodynamic drag is reduced when a particle is released from a trap so that it travels with the flow.

Das Mittel zur Erfassung des Eingangspegels ist insbesondere ein Füllstandssensor. Das Mittel zur Erfassung des Ausgangspegels ist insbesondere ein Füllstandssensor.The means for detecting the input level is in particular a filling level sensor. The means for detecting the output level is in particular a filling level sensor.

Die Flüssigkeit kann feste Bestandteile enthalten, die mit ihr strömen. Hierbei kann es sich beispielsweise um Partikel auf dem Gebiet der Biotechnologie handeln. Sie können beispielsweise Zellen beinhalten.The liquid may contain solids that flow with it. This can be, for example, particles in the field of biotechnology. For example, they can contain cells.

In einer bevorzugten Ausführungsform ragt die Eingangsleitung in das Eingangsreservoir hinein, wobei das Eingangsreservoir eine Abflussöffnung aufweist, über die das Eingangsreservoir mit der Verbindungsvorrichtung verbunden ist, wobei die Abflussöffnung auf einem niedrigeren Füllstand des Eingangsreservoirs angeordnet ist als das hineinragende Ende der Eingangsleitung. Zusätzlich oder alternativ ragt die Ausgangsleitung in das Ausgangsreservoir hinein, wobei das Ausgangsreservoir eine Zuflussöffnung aufweist, über die das Ausgangsreservoir mit der Verbindungsvorrichtung verbunden ist, wobei die Zuflussöffnung auf einem niedrigeren Füllstand des Ausgangsreservoirs angeordnet ist als das hineinragende Ende der Ausgangsleitung.In a preferred embodiment, the input line protrudes into the input reservoir, the input reservoir having an outflow opening via which the input reservoir is connected to the connecting device, the outflow opening being arranged at a lower filling level of the input reservoir than the protruding end of the input line. Additionally or alternatively, the outlet line protrudes into the outlet reservoir, the outlet reservoir having an inflow opening via which the outlet reservoir is connected to the connecting device, the inflow opening being arranged at a lower filling level of the outlet reservoir than the protruding end of the outlet line.

Das Eingangsreservoir (bzw. Ausgangsreservoir) kann unmittelbar über die Abflussöffnung (bzw. Zuflussöffnung) mit der Verbindungsvorrichtung verbunden sein. Es kann stattdessen auch mittelbar über die Abflussöffnung (bzw. Zuflussöffnung) mit der Verbindungsvorrichtung verbunden sein. Letzteres kann beispielsweise mittels eines Verbindungskanals realisiert werden.The inlet reservoir (or outlet reservoir) can be connected to the connecting device directly via the outlet opening (or inlet opening). Instead, it can also be connected to the connecting device indirectly via the outflow opening (or inflow opening). The latter can be realized, for example, by means of a connecting channel.

Hierdurch wird gewährleistet, dass weniger oder keine Gaseinschlüsse (zum Beispiel Luftbläschen), die sich in der Flüssigkeit befinden, in die mikrofluidische Verbindungsvorrichtung gelangen können. Da die Flüssigkeit eine höhere Dichte als die Gasbläschen aufweist, steigen diese im Reservoir auf und akkumulieren im oberen Bereich des Reservoirs. Da sich die Abflussöffnung (bzw. Zuflussöffnung) an einem niedrigeren Füllstand befindet als das Eingangsleitungsende (bzw. als das Ausgangleitungsende), kann somit eine blasenfreie oder blasenarme Flüssigkeitseinleitung in die mikrofluidische Verbindungseinrichtung erzielt werden.This ensures that less or no gas inclusions (for example air bubbles) that are in the liquid can get into the microfluidic connection device. Since the liquid has a higher density than the gas bubbles, these rise in the reservoir and accumulate in the upper area of the reservoir. Since the outflow opening (or inflow opening) is at a lower fill level than the inlet line end (or the outlet line end), bubble-free or low-bubble introduction of liquid into the microfluidic connection device can thus be achieved.

Vorzugsweise beträgt der Unterschied zwischen dem Füllstand, an dem das Eingangsleitungsende (bzw. Ausgangleitungsende) hineinragt, und dem Füllstand, auf dem die Abflussöffnung angeordnet ist, mindestens 0,5 mm, 1 mm, 5 mm oder 10 mm.The difference between the filling level at which the inlet line end (or outlet line end) protrudes and the filling level at which the outflow opening is arranged is preferably at least 0.5 mm, 1 mm, 5 mm or 10 mm.

Als Referenzpunkt für die Bestimmung des Füllstandes dient insbesondere die Abflussöffnung (bzw. Zuflussöffnung), wobei an dieser Stelle vorzugsweise der niedrigste Füllstand vorgegeben ist.The outflow opening (or inflow opening) serves in particular as a reference point for determining the fill level, with the lowest fill level preferably being specified at this point.

Insbesondere weist das entsprechende Reservoir eine Hauptöffnung auf, die gegenüber der Abflussöffnung (bzw. Zuflussöffnung) angeordnet ist. Der Füllstand ist dabei umso höher, je näher der Pegel an der Hauptöffnung ist.In particular, the corresponding reservoir has a main opening which is arranged opposite the outflow opening (or inflow opening). The filling level is the higher, the closer the level is to the main opening.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Eingangsreservoir eine Überlauföffnung auf, wobei die Vorrichtung einen Überlaufkanal aufweist, der über die Überlauföffnung mit dem Eingangsreservoir verbunden ist, wobei die Eingangsdruckquelle über den Überlaufkanal das Eingangsreservoir mit Druck beaufschlagen kann. Zusätzlich oder alternativ weist das Ausgangsreservoir eine Überlauföffnung auf, wobei die Vorrichtung einen Überlaufkanal aufweist, der über die Überlauföffnung mit dem Ausgangsreservoir verbunden ist, wobei die Ausgangsdruckquelle über den Überlaufkanal das Ausgangsreservoir mit Druck beaufschlagen kann.In a preferred embodiment, the input reservoir has an overflow opening, the device having an overflow channel which is connected to the input reservoir via the overflow opening, the input pressure source being able to pressurize the input reservoir via the overflow channel. Additionally or alternatively, the outlet reservoir has an overflow opening, with the device having an overflow channel which is connected to the outlet reservoir via the overflow opening, with the outlet pressure source being able to pressurize the outlet reservoir via the overflow channel.

Vorzugsweise weist das Eingangsreservoir (bzw. das Ausgangsreservoir) eine Mittelachse auf. Vorzugsweise weist der Überlaufkanal eine Längsachse auf, die parallel zur Mittelachse ist. Dadurch kann eine kompakte Bauweise erreicht werden.The inlet reservoir (or the outlet reservoir) preferably has a central axis. Preferably, the spillway has a longitudinal axis that is parallel to the central axis. As a result, a compact design can be achieved.

Vorzugsweise ist die Überlauföffnung an oder über dem höchsten Füllstand des Eingangsreservoirs (bzw. des Ausgangsreservoirs) angebracht.The overflow opening is preferably fitted at or above the highest filling level of the inlet reservoir (or the outlet reservoir).

In einer bevorzugten Ausführungsform bilden das Mittel zur Erfassung des Eingangspegels und die Eingangsleitung eine bauliche Einheit. Dadurch kann die Vorrichtung kompakter und platzsparender ausgebildet sein. In einer alternativen Ausführungsform bilden das Mittel zur Erfassung des Eingangspegels und die Eingangsleitung keine bauliche Einheit, sondern sind (insbesondere funktional und/oder räumlich) separat voneinander. Zusätzlich oder alternativ bilden das Mittel zur Erfassung des Ausgangspegels und die Ausgangsleitung eine bauliche Einheit. In einer alternativen Ausführungsform bilden das Mittel zur Erfassung des Ausgangspegels und die Ausgangsleitung keine bauliche Einheit, sondern sind (insbesondere funktional und/oder räumlich) separat voneinander.In a preferred embodiment, the means for detecting the input level and the input line form a structural unit. As a result, the device can be made more compact and space-saving. In an alternative embodiment, the means for detecting the input level and the input line do not form a structural unit, but are (in particular functionally and/or spatially) separate from one another. Additionally or alternatively, the means for detecting the output level and the output line form a structural unit. In an alternative embodiment form the agent for recording the output level and the output line are not a structural unit, but are separate from one another (particularly functionally and/or spatially).

Vorzugsweise ist das Mittel zur Erfassung des Eingangspegels ein Füllstandssensor. Entsprechendes gilt für das Mittel zur Erfassung des Ausgangspegels.The means for detecting the input level is preferably a level sensor. The same applies to the means for detecting the output level.

Zum Beispiel können in der Eingangsleitung Elektroden integriert sein, die in Abhängigkeit des Füllstand (und somit der Berührung mit der Flüssigkeit) einen Spannungswert liefern. Die Elektroden können alternativ auch isoliert sein und weisen somit keinen Direktkontakt mit der Flüssigkeit auf. Hierzu wird insbesondere die Kapazität bzw. Impedanz erfasst.For example, electrodes can be integrated into the input line, which deliver a voltage value depending on the filling level (and thus the contact with the liquid). Alternatively, the electrodes can also be insulated and thus have no direct contact with the liquid. For this purpose, in particular the capacitance or impedance is recorded.

Die Vorrichtung weist einen Deckel zum Verschließen des mindestens einen Eingangsreservoirs und/oder des mindestens einen Ausgangsreservoirs auf, wobei die Eingangsleitung durch den Deckel in das Eingangsreservoir hineinragt und/oder die Ausgangsleitung durch den Deckel in das Ausgangsreservoir hineinragt.The device has a cover for closing the at least one inlet reservoir and/or the at least one outlet reservoir, with the inlet line protruding through the cover into the inlet reservoir and/or the outlet line protruding through the cover into the outlet reservoir.

Damit die entsprechende Leitung durch den Deckel in das entsprechende Reservoir hineinragen kann, weist der Deckel eine Aussparung auf, die sich von der dem Reservoir abgewandten Deckelseite zur dem Reservoir zugewandten Deckelseite erstreckt. Ein Leitungsabschnitt ist in der Aussparung aufgenommen. Die Verbindung zwischen Leitung und Deckel ist insbesondere dicht. Dadurch kann über die Aussparung kein Fluidfluss von der einen zu der anderen Deckelseite erfolgen. Die Aussparung ist vorzugsweise zylinderförmig.So that the corresponding line can protrude through the cover into the corresponding reservoir, the cover has a recess which extends from the cover side facing away from the reservoir to the cover side facing the reservoir. A section of wire is received in the recess. The connection between the line and the cover is particularly tight. As a result, no fluid can flow from one side of the cover to the other via the recess. The recess is preferably cylindrical.

Insbesondere verschließt der Deckel die Hauptöffnung des entsprechenden Reservoirs zumindest teilweise.In particular, the cover at least partially closes the main opening of the corresponding reservoir.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung derart ausgebildet, den Volumenstrom für einen Zeitabschnitt konstant halten zu können. Vorzugsweise beträgt der Zeitabschnitt mindestens 1 min, 10 min oder 30 min. Der Begriff „konstant“ umfasst auch Ausführungsformen, bei denen über den Zeitabschnitt der Volumenstrom von einem Mittelwert bis zu ±30 % abweicht. Vorzugsweise beträgt die Abweichung ±20, insbesondere ±10 und besonders bevorzugt ±1 %.In a preferred embodiment, the device is designed in such a way that it can keep the volume flow constant for a period of time. The period of time is preferably at least 1 minute, 10 minutes or 30 minutes. The term “constant” also includes embodiments in which the volume flow deviates from a mean value of up to ±30% over the period of time. The deviation is preferably ±20%, in particular ±10% and particularly preferably ±1%.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung derart ausgebildet, den Volumenstrom für einen zweiten Zeitabschnitt konstant halten zu können, wobei die Volumenströme der Zeitabschnitte unterschiedliche Werte aufweisen. Vorzugsweise beträgt der zweiten Zeitabschnitt mindestens 1h, 2h, oder 24h. Die Zeitabschnitte können unmittelbar aufeinander folgend sein.In a preferred embodiment, the device is designed in such a way that it can keep the volume flow constant for a second period of time, with the volume flows of the time periods having different values. The second period of time is preferably at least 1 hour, 2 hours or 24 hours. The periods of time can be immediately consecutive.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung einen Eingangstank zur Aufnahme der Flüssigkeit auf, wobei der Eingangstank mit der Eingangsleitung verbunden ist, sodass die Flüssigkeit von dem Eingangstank in das Eingangsreservoir oder aus dem Eingangsreservoir in den Eingangstank befördert werden kann. Zusätzlich oder alternativ weist die Vorrichtung einen Ausgangstank zur Aufnahme der Flüssigkeit auf, wobei der Ausgangstank mit der Ausgangsleitung verbunden ist, sodass die Flüssigkeit von dem Ausgangstank in das Ausgangsreservoir oder aus dem Ausgangsreservoir in den Ausgangstank befördert werden kann. Vorzugsweise beträgt das Fassungsvermögen des Eingangstanks mindestens 20 µl, 200 µl, 1 ml, 1,5 ml, 2 ml oder 15 ml bis 50 ml. Entsprechendes gilt für das Fassungsvermögen des Ausgangstanks.In a preferred embodiment, the device has an inlet tank for receiving the liquid, the inlet tank being connected to the inlet line so that the liquid can be conveyed from the inlet tank into the inlet reservoir or from the inlet reservoir into the inlet tank. Additionally or alternatively, the device has an outlet tank for receiving the liquid, the outlet tank being connected to the outlet line so that the liquid can be conveyed from the outlet tank into the outlet reservoir or from the outlet reservoir into the outlet tank. The capacity of the input tank is preferably at least 20 μl, 200 μl, 1 ml, 1.5 ml, 2 ml or 15 ml to 50 ml. The same applies to the capacity of the output tank.

Das Fassungsvermögen des Eingangstanks ist insbesondere größer als das Fassungsvermögen des Eingangsreservoirs. Es entspricht vorzugsweise mindestens dem zweifachen, fünffachen oder zehnfachen Fassungsvermögen des Eingangsreservoirs. Entsprechendes gilt für das Fassungsvermögen des Ausgangstanks im Verhältnis zum Fassungsvermögen des Ausgangsreservoirs. Vorzugsweise beträgt das Fassungsvermögen des Eingangsreservoirs mindestens 5, 10, 25, 50, 100 oder 200 µl. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt das Fassungsvermögen des Ausgangsreservoirs mindestens 5, 10, 25, 50, 100 oder 200 µl.In particular, the capacity of the input tank is greater than the capacity of the input reservoir. It preferably corresponds to at least twice, five times or ten times the capacity of the input reservoir. The same applies to the capacity of the source tank in relation to the capacity of the source reservoir. The capacity of the input reservoir is preferably at least 5, 10, 25, 50, 100 or 200 μl. In a preferred embodiment, the capacity of the starting reservoir is at least 5, 10, 25, 50, 100 or 200 μl.

Das hat den Vorteil, dass der Teil der Vorrichtung, der die Tanks nicht enthält (tankloser Vorrichtungsteil), einen Bauraum für Standardgrößen nicht überschreitet. Eine Standardgröße kann beispielsweise durch das Format der 96-Well-Platte vorgegeben sein. Der tanklose Vorrichtungsteil kann beispielweise für Analysen und Beobachtungszwecke in ein Standardmikroskop eingesetzt werden. Gleichzeitig garantiert die Verbindung mit den Tanks, dass die Vorrichtung ausreichend mit Flüssigkeit versorgt werden kann. Es ist auch denkbar, dass der Eingangstank (vorsorglich) nachgefüllt werden kann, ohne die Anwendung zu unterbrechen - also während die Flüssigkeit durch die mikrofluidische Verbindungsvorrichtung strömt. Hierzu kann der Eingangstank beispielsweise eine Füllstandsmarkierung enthalten, die einen Nachfüllbedarf anzeigt.This has the advantage that the part of the device that does not contain the tanks (tankless part of the device) does not exceed the installation space for standard sizes. A standard size can be specified, for example, by the format of the 96-well plate. The tankless part of the device can, for example, be used in a standard microscope for analysis and observation purposes. At the same time, the connection to the tanks guarantees that the device can be supplied with sufficient liquid. It is also conceivable that the input tank can be refilled (as a precaution) without interrupting the application—ie while the liquid is flowing through the microfluidic connection device. For this purpose, the input tank can contain, for example, a level mark that indicates a need for refilling.

Die Erfindung betriff auch eine Verwendung einer Abdeckvorrichtung mit einem Deckel zum Verschließen des mindestens einen Eingangsreservoirs und/oder des mindestens einen Ausgangsreservoirs der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Abdeckvorrichtung eine Eingangsleitung und/oder eine Ausgangsleitung aufweist, die den Deckel derart durchdringt, dass die Eingangsleitung in den Eingangsreservoir hineinragt und/oder die Ausgangsleitung in das Ausgangsreservoir hineinragt, wenn der Deckel das Eingangsreservoir und/oder das Ausgangsreservoir (4) verschließt.The invention also relates to the use of a covering device with a cover for closing the at least one input reservoir and/or the at least one output reservoir of the device according to the invention, the covering device having an input line and/or an output line which covers the cover art penetrates that the input line protrudes into the input reservoir and/or the output line protrudes into the output reservoir when the cover closes the input reservoir and/or the output reservoir (4).

Figurenbeschreibungcharacter description

Die nachsehende Abbildung zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur der Strömung einer Flüssigkeit durch eine mikrofluidische Verbindungsvorrichtung 2.The figure below shows an exemplary embodiment of the device 1 according to the invention for the flow of a liquid through a microfluidic connection device 2.

Die Vorrichtung weist ein Eingangsreservoir 3, die Verbindungsvorrichtung 2 und ein Ausgangsreservoir 4 auf.The device has an input reservoir 3 , the connecting device 2 and an output reservoir 4 .

Dabei ist das Eingangsreservoir 3 derart über die Verbindungsvorrichtung 2 mit dem Ausgangsreservoir 4 verbunden, dass Flüssigkeit vom Eingangsreservoir 3 durch die Verbindungsvorrichtung 2 in das Ausgangsreservoir 4 oder umgekehrt strömen kann.The input reservoir 3 is connected to the output reservoir 4 via the connecting device 2 in such a way that liquid can flow from the input reservoir 3 through the connecting device 2 into the output reservoir 4 or vice versa.

Die Vorrichtung 1 weist eine Eingangsdruckquelle 5 auf. Dabei ist die Vorrichtung 1 derart ausgebildet, dass die Eingangsdruckquelle 5 das Eingangsreservoir 3 mit einem Druck beaufschlagen kann.The device 1 has an input pressure source 5 . The device 1 is designed in such a way that the input pressure source 5 can apply pressure to the input reservoir 3 .

Ebenso weist die Vorrichtung 1 eine Ausgangsdruckquelle 6 auf. Dabei ist die Vorrichtung 1 derart ausgebildet, dass die Ausgangsdruckquelle 6 das Ausgangsreservoir 4 mit einem Druck beaufschlagen kann.The device 1 also has an outlet pressure source 6 . The device 1 is designed in such a way that the outlet pressure source 6 can pressurize the outlet reservoir 4 .

Die Vorrichtung 1 weist ferner eine Eingangsleitung 7 und eine Zuleitungsdruckquelle 8 auf. Dabei ist die Vorrichtung 1 derart ausgebildet, dass mittels der Zuleitungsdruckquelle 8 über die Eingangsleitung 7 Flüssigkeit in das Eingangsreservoir 3 eingeleitet oder aus dem Eingangsreservoir 3 ausgesaugt werden kann. Die Eingangsleitung 7 ist eine Kapillare.The device 1 also has an input line 7 and a supply line pressure source 8 . The device 1 is designed in such a way that liquid can be introduced into the inlet reservoir 3 or sucked out of the inlet reservoir 3 by means of the inlet line pressure source 8 via the inlet line 7 . The input line 7 is a capillary.

Die Eingangsleitung 7 weist einen Volumenstromsensor 24 auf, der den Volumenstrom durch die Eingangsleitung 7 erfasst. Die Ausgangsleitung 9 weist ebenfalls einen Volumenstromsensor 25 auf, der den Volumenstrom durch die Ausgangsleitung 9 erfasst.The input line 7 has a volume flow sensor 24 which detects the volume flow through the input line 7 . The outlet line 9 also has a volume flow sensor 25 which detects the volume flow through the outlet line 9 .

Ebenso weist die Vorrichtung 1 eine Ausgangsleitung 9 und eine Ableitungsdruckquelle 10 auf. Dabei ist die Vorrichtung 1 derart ausgebildet, dass mittels der Ableitungsdruckquelle 10 über die Ausgangsleitung 9 Flüssigkeit in das Ausgangsreservoir 4 eingeleitet oder aus dem Ausgangsreservoir 4 ausgesaugt werden kann. Die Ausgangsleitung 9 ist eine Kapillare.Likewise, the device 1 has an outlet line 9 and a discharge pressure source 10 . The device 1 is designed in such a way that liquid can be introduced into the outlet reservoir 4 or sucked out of the outlet reservoir 4 by means of the discharge pressure source 10 via the outlet line 9 . The exit line 9 is a capillary.

Die Vorrichtung 1 weist ein Mittel zur Erfassung des Eingangspegels 11 auf. Dieses Mittel ist ein Füllstandssensor, der eine bauliche Einheit mit der Eingangsleitung 7 bildet.The device 1 has a means for detecting the input level 11 . This means is a fill level sensor that forms a structural unit with the input line 7 .

Ebenso weist die Vorrichtung 1 ein Mittel zur Erfassung des Ausgangspegels 12 auf. Dieses Mittel ist ein Füllstandssensor, der eine bauliche Einheit mit der Ausgangsleitung 9 bildet.The device 1 also has a means for detecting the output level 12 . This means is a fill level sensor that forms a structural unit with the output line 9 .

Die Vorrichtung 1 ist derart ausgebildet, eine Änderung des hydrodynamischen Widerstands der Verbindungsvorrichtung aufgrund der Änderung des Verhältnisses von Eingangspegel 11 zu Ausgangspegel 12 erfassen zu können, wenn Flüssigkeit über die Eingangsleitung 7 in das Eingangsreservoir 3 eingeleitet, von dem Eingangsreservoir 3 durch die Verbindungsvorrichtung 2 in das Ausgangsreservoir 4 strömt und aus dem Ausgangsreservoir 4 über die Ausgangsleitung 9 abgeleitet wird.The device 1 is designed in such a way that it can detect a change in the hydrodynamic resistance of the connecting device due to the change in the ratio of the input level 11 to the output level 12 when liquid is introduced into the input reservoir 3 via the input line 7, from the input reservoir 3 through the connecting device 2 in the outlet reservoir 4 flows and is derived from the outlet reservoir 4 via the outlet line 9 .

Die Vorrichtung 1 ist ferner derart ausgebildet, infolgedessen die Drücke der Druckquellen derart aufeinander abstimmen zu können, dass der Volumenstrom in der Verbindungsvorrichtung 2 dem Volumenstrom ohne die Änderung des hydrodynamischen Widerstands entspricht. Somit kann die Vorrichtung 1 den Volumenstrom konstant halten.The device 1 is also designed in such a way that the pressures of the pressure sources can be coordinated with one another in such a way that the volume flow in the connecting device 2 corresponds to the volume flow without changing the hydrodynamic resistance. Thus, the device 1 can keep the volume flow constant.

Die Eingangsleitung 7 ragt in das Eingangsreservoir 3 hinein, wobei das Eingangsreservoir 3 eine Abflussöffnung 13 aufweist, über die das Eingangsreservoir 3 mit der Verbindungsvorrichtung 2 verbunden ist, wobei die Abflussöffnung 13 auf einem niedrigeren Füllstand des Eingangsreservoirs 3 angeordnet ist als das hineinragende Ende der Eingangsleitung 7. Die Verbindung ist mittelbar über einen Verbindungskanal 14 realisiert.The input line 7 protrudes into the input reservoir 3, the input reservoir 3 having an outflow opening 13, via which the input reservoir 3 is connected to the connecting device 2, the outflow opening 13 being arranged at a lower filling level of the input reservoir 3 than the protruding end of the input line 7. The connection is realized indirectly via a connecting channel 14.

Die Ausgangsleitung 9 ragt in das Ausgangsreservoir 4 hinein, wobei das Ausgangsreservoir 4 eine Zuflussöffnung 15 aufweist, über die das Ausgangsreservoir 4 mit der Verbindungsvorrichtung 2 verbunden ist, wobei die Zuflussöffnung 15 auf einem niedrigeren Füllstand des Ausgangsreservoirs 4 angeordnet ist als das hineinragende Ende der Ausgangsleitung 9. Die Verbindung ist mittelbar über einen Verbindungskanal 16 realisiert.The outlet line 9 protrudes into the outlet reservoir 4, the outlet reservoir 4 having an inflow opening 15, via which the outlet reservoir 4 is connected to the connecting device 2, the inflow opening 15 being arranged at a lower filling level of the outlet reservoir 4 than the protruding end of the outlet line 9. The connection is realized indirectly via a connecting channel 16.

Das Eingangsreservoir 3 weist eine Überlauföffnung 17 auf. Die Vorrichtung 1 weist einen Überlaufkanal 18 auf, der über die Überlauföffnung 17 mit dem Eingangsreservoir 3 verbunden ist. Die Eingangsdruckquelle 5 kann über den Überlaufkanal 18 das Eingangsreservoir 3 mit Druck beaufschlagen.The input reservoir 3 has an overflow opening 17 . The device 1 has an overflow channel 18 which is connected to the input reservoir 3 via the overflow opening 17 . The input pressure source 5 can apply pressure to the input reservoir 3 via the overflow channel 18 .

Auch das Ausgangsreservoir 4 weist eine Überlauföffnung 19 auf. Die Vorrichtung 1 weist einen weiteren Überlaufkanal 20 auf, der über die Überlauföffnung 19 mit dem Ausgangsreservoir 4 verbunden ist. Die Ausgangsdruckquelle 6 kann über den Überlaufkanal 20 das Ausgangsreservoir 4 mit Druck beaufschlagen.The outlet reservoir 4 also has an overflow opening 19 . The device 1 has a further overflow channel 20 which is connected to the outlet reservoir 4 via the overflow opening 19 . The outlet pressure source 6 can apply pressure to the outlet reservoir 4 via the overflow channel 20 .

Die Vorrichtung 1 weist einen Deckel 21 zum Verschließen des Eingangsreservoir und des Ausgangsreservoirs 4 auf, wobei die Eingangsleitung 7 durch den Deckel 21 in das Eingangsreservoir 3 und die Ausgangsleitung 9 durch den Deckel 21 in das Ausgangsreservoir hineinragt. (Der Deckel 21 erscheint in dieser Ansicht als aus zwei getrennten Teilabschnitten bestehend. Bevorzugt ist jedoch ein zusammenhängender Deckel.) Um eine hohe Dichtigkeit zu erreichen, kann eine Zwischenschicht 25 mit O-Ringen 26 versehen sein, gegen die der Deckel 21 im verschlossenen Zustand angepresst wird. Die Zwischenschicht und die O-Ringe sind jedoch optional.The device 1 has a cover 21 for closing the inlet reservoir and the outlet reservoir 4, the inlet line 7 protruding through the cover 21 into the inlet reservoir 3 and the outlet line 9 through the cover 21 into the outlet reservoir. (The lid 21 appears in this view as consisting of two separate sections. However, a continuous lid is preferred.) In order to achieve a high degree of tightness, an intermediate layer 25 can be provided with O-rings 26 against which the lid 21 in the closed state is pressed. However, the interlayer and O-rings are optional.

Die Vorrichtung 1 weist einen Eingangstank 22 zur Aufnahme der Flüssigkeit auf, wobei der Eingangstank 22 mit der Eingangsleitung 7 verbunden ist, sodass die Flüssigkeit von dem Eingangstank 22 in das Eingangsreservoir 3 oder aus dem Eingangsreservoir 3 in den Eingangstank 22 befördert werden kann.The device 1 has an input tank 22 for receiving the liquid, the input tank 22 being connected to the input line 7 so that the liquid can be conveyed from the input tank 22 into the input reservoir 3 or from the input reservoir 3 into the input tank 22 .

Zusätzlich weist die Vorrichtung 1 einen Ausgangstank 23 zur Aufnahme der Flüssigkeit auf, wobei der Ausgangstank 23 mit der Ausgangsleitung 9 verbunden ist, sodass die Flüssigkeit von dem Ausgangstank 23 in das Ausgangsreservoir 4 oder aus dem Ausgangsreservoir 4 in den Ausgangstank 23 befördert werden kann.In addition, the device 1 has an output tank 23 for receiving the liquid, the output tank 23 being connected to the output line 9 so that the liquid can be conveyed from the output tank 23 to the output reservoir 4 or from the output reservoir 4 to the output tank 23 .

BezugszeichenlisteReference List

11
Vorrichtungcontraption
22
Verbindungsvorrichtungconnecting device
33
Eingangsreservoirinput reservoir
44
Ausgangsreservoirexit reservoir
55
Eingangsdruckquelleinlet pressure source
66
Ausgangsdruckquelleoutlet pressure source
77
Eingangsleitunginput line
88th
Zuleitungsdruckquelleinlet pressure source
99
Ausgangsleitungoutput line
1010
Ableitungsdruckquelledischarge pressure source
1111
Eingangspegelinput level
1212
Ausgangspegeloutput level
1313
Abflussöffnungdrain hole
1414
Verbindungskanal (Eingangsreservoir)connecting channel (input reservoir)
1515
Zuflussöffnunginflow opening
1616
Verbindungskanal (Ausgangsreservoir)connecting channel (exit reservoir)
1717
Überlauföffnung (Eingangsreservoir)Overflow opening (input reservoir)
1818
Überlaufkanal (Eingangsreservoir)overflow channel (input reservoir)
1919
Überlauföffnung (Ausgangsreservoir)overflow opening (exit reservoir)
2020
Überlaufkanal (Ausgangsreservoir)overflow channel (exit reservoir)
2121
DeckelLid
2222
Eingangstankinput tank
2323
Ausgangstankexit tank
2424
Volumenstromsensor (Eingangsleitung)Flow rate sensor (input line)
2525
Volumenstrom (Ausgangsleitung)Flow rate (outlet line)
2626
Zwischenschichtintermediate layer
2727
O-Ringo ring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • EP 2720103 B1 [0002, 0004, 0006]EP 2720103 B1 [0002, 0004, 0006]
  • WO 2020229650 A1 [0005]WO 2020229650 A1 [0005]

Claims (9)

Vorrichtung (1) zur Steuerung der Strömung einer Flüssigkeit durch eine mikrofluidische Verbindungsvorrichtung (2), wobei die Vorrichtung (1) mindestens ein Eingangsreservoir (3), die Verbindungsvorrichtung (2) und mindestens ein Ausgangsreservoir (4) aufweist, wobei das Eingangsreservoir (3) derart über die Verbindungsvorrichtung (2) mit dem Ausgangsreservoir (4) verbunden ist, dass Flüssigkeit vom Eingangsreservoir (3) durch die Verbindungsvorrichtung (2) in das Ausgangsreservoir (4) oder umgekehrt strömen kann, wobei die Vorrichtung (1) eine Eingangsdruckquelle (5) aufweist, wobei die Vorrichtung (1) derart ausgebildet ist, dass die Eingangsdruckquelle (5) das Eingangsreservoir (3) mit einem Druck beaufschlagen kann, wobei die Vorrichtung (1) eine Ausgangsdruckquelle (6) aufweist, wobei die Vorrichtung (1) derart ausgebildet ist, dass die Ausgangsdruckquelle (6) das Ausgangsreservoir (4) mit einem Druck beaufschlagen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Eingangsleitung (7) und eine Zuleitungsdruckquelle (8) aufweist, wobei die Vorrichtung (1) derart ausgebildet ist, dass mittels der Zuleitungsdruckquelle (8) über die Eingangsleitung (7) Flüssigkeit in das Eingangsreservoir (3) eingeleitet oder aus dem Eingangsreservoir (3) ausgesaugt werden kann, wobei die Vorrichtung (1) eine Ausgangsleitung (9) und eine Ableitungsdruckquelle (10) aufweist, wobei die Vorrichtung (1) derart ausgebildet ist, dass mittels der Ableitungsdruckquelle (10) über die Ausgangsleitung (9) Flüssigkeit in das Ausgangsreservoir (4) eingeleitet oder aus dem Ausgangsreservoir (4) ausgesaugt werden kann, wobei die Vorrichtung (1) ein Mittel zur Erfassung des Füllstands des Eingangsreservoirs (Eingangspegel (11)) aufweist, wobei die Vorrichtung 1 ein Mittel zur Erfassung des Füllstands des Ausgangsreservoirs (Ausgangspegel (12)) aufweist wobei die Vorrichtung (1) derart ausgebildet ist, - eine Änderung des hydrodynamischen Widerstands der Verbindungsvorrichtung (2) aufgrund der Änderung des Verhältnisses von Eingangspegel (11) zu Ausgangspegel (12) erfassen zu können, wenn Flüssigkeit über die Eingangsleitung (7) in das Eingangsreservoir (3) eingeleitet, von dem Eingangsreservoir (3) durch die Verbindungsvorrichtung (2) in das Ausgangsreservoir (4) strömt und aus dem Ausgangsreservoir (4) über die Ausgangsleitung (9) abgleitet wird, und infolgedessen die Drücke der Druckquellen derart aufeinander abstimmen zu können, dass der Volumenstrom in der Verbindungsvorrichtung (2) dem Volumenstrom ohne die Änderung des hydrodynamischen Widerstands entspricht, und somit den Volumenstrom konstant zu halten. Device (1) for controlling the flow of a liquid through a microfluidic connection device (2), the device (1) having at least one inlet reservoir (3), the connection device (2) and at least one outlet reservoir (4), the inlet reservoir (3 ) is connected to the outlet reservoir (4) via the connection device (2) in such a way that liquid can flow from the inlet reservoir (3) through the connection device (2) into the outlet reservoir (4) or vice versa, the device (1) having an inlet pressure source ( 5), wherein the device (1) is designed in such a way that the input pressure source (5) can pressurize the input reservoir (3), the device (1) having an output pressure source (6), the device (1) is designed in such a way that the outlet pressure source (6) can pressurize the outlet reservoir (4), characterized in that the device (1) has an inlet line (7) and a supply line pressure source (8), the device (1) being such is designed such that liquid can be introduced into the inlet reservoir (3) or sucked out of the inlet reservoir (3) by means of the inlet line pressure source (8) via the inlet line (7), the device (1) having an outlet line (9) and a discharge pressure source ( 10), wherein the device (1) is designed in such a way that liquid can be introduced into the outlet reservoir (4) or sucked out of the outlet reservoir (4) by means of the discharge pressure source (10) via the outlet line (9), the device ( 1) has a means for detecting the fill level of the input reservoir (input level (11)), the device 1 having a means for detecting the fill level of the output reservoir (output level (12)), the device (1) being designed in such a way - a change of the hydrodynamic resistance of the connecting device (2) due to the change in the ratio of input level (11) to output level (12) when liquid is introduced into the input reservoir (3) via the input line (7), from the input reservoir (3) through the connection device (2) flows into the outlet reservoir (4) and is discharged from the outlet reservoir (4) via the outlet line (9), and consequently the pressures of the pressure sources can be coordinated in such a way that the volume flow in the connection device (2) corresponds to the Corresponds to volume flow without changing the hydrodynamic resistance, and thus to keep the volume flow constant. Vorrichtung (1) nach vorherigem Anspruch, wobei die Eingangsleitung (7) in das Eingangsreservoir (3) hineinragt, wobei das Eingangsreservoir (3) eine Abflussöffnung (13) aufweist, über die das Eingangsreservoir (3) mit der Verbindungsvorrichtung (2) verbunden ist, wobei die Abflussöffnung (13) auf einem niedrigeren Füllstand des Eingangsreservoirs (3) angeordnet ist als das hineinragende Ende der Eingangsleitung (7) und/oder wobei die Ausgangsleitung (9) in das Ausgangsreservoir (4) hineinragt, wobei das Ausgangsreservoir (4) eine Zuflussöffnung (15) aufweist, über die das Ausgangsreservoir (4) mit der Verbindungsvorrichtung (2) verbunden ist, wobei die Zuflussöffnung (15) auf einem niedrigeren Füllstand des Ausgangsreservoirs (4) angeordnet ist als das hineinragende Ende der Ausgangsleitung (7).Device (1) according to the previous claim, wherein the input line (7) projects into the input reservoir (3), the input reservoir (3) having an outflow opening (13) via which the input reservoir (3) is connected to the connecting device (2). , wherein the discharge opening (13) is arranged at a lower filling level of the input reservoir (3) than the protruding end of the input line (7) and/or wherein the output line (9) protrudes into the output reservoir (4), the output reservoir (4) has an inflow opening (15) via which the outlet reservoir (4) is connected to the connecting device (2), the inflow opening (15) being arranged at a lower filling level of the outlet reservoir (4) than the protruding end of the outlet line (7). Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Eingangsreservoir (3) eine Überlauföffnung (17) aufweist, wobei die Vorrichtung (1) einen Überlaufkanal (18) aufweist, der über die Überlauföffnung (17) mit dem Eingangsreservoir (3) verbunden ist, wobei die Eingangsdruckquelle (5) über den Überlaufkanal (18) das Eingangsreservoir (3) mit Druck beaufschlagen kann und/oder wobei das Ausgangsreservoir (4) eine Überlauföffnung (19) aufweist, wobei die Vorrichtung (1) einen (weiteren) Überlaufkanal (20) aufweist, der über die Überlauföffnung (19) des Ausgangsreservoirs (4) mit dem Ausgangsreservoir (4) verbunden ist, wobei die Ausgangsdruckquelle (6) über den (weiteren) Überlaufkanal (20) das Ausgangsreservoir (4) mit Druck beaufschlagen kann.Device (1) according to one of the preceding claims, wherein the input reservoir (3) has an overflow opening (17), wherein the device (1) has an overflow channel (18) which is connected to the input reservoir (3) via the overflow opening (17). wherein the input pressure source (5) can pressurize the input reservoir (3) via the overflow channel (18) and/or wherein the output reservoir (4) has an overflow opening (19), the device (1) having a (further) overflow channel (20) which is connected to the outlet reservoir (4) via the overflow opening (19) of the outlet reservoir (4), the outlet pressure source (6) being able to pressurize the outlet reservoir (4) via the (additional) overflow channel (20). . Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Mittel zur Erfassung des Eingangspegels und die Eingangsleitung (7) eine bauliche Einheit bilden und/oder wobei das Mittel zur Erfassung des Ausgangspegels und die Ausgangsleitung (9) eine bauliche Einheit bilden.Device (1) according to one of the preceding claims, wherein the means for detecting the input level and the input line (7) form a structural unit and/or wherein the means for detecting the output level and the output line (9) form a structural unit. Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorrichtung (1) einen Deckel (21) zum Verschließen des mindestens einen Eingangsreservoirs (3) und/oder des mindestens einen Ausgangsreservoirs (4) aufweist, wobei die Eingangsleitung (7) durch den Deckel (21) in das Eingangsreservoir (3) hineinragt und/oder die Ausgangsleitung (9) durch den Deckel (21) in das Ausgangsreservoir hineinragt.Device (1) according to one of the preceding claims, wherein the device (1) has a cover (21) for closing the at least one input reservoir (3) and/or the at least one output reservoir (4), the input line (7) passing through the Cover (21) protrudes into the input reservoir (3) and/or the output line (9) protrudes through the cover (21) into the output reservoir. Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorrichtung (1) derart ausgebildet ist, den Volumenstrom für einen Zeitabschnitt konstant halten zu können.Device (1) according to one of the preceding claims, wherein the device (1) is designed in such a way that the volume flow can be kept constant for a period of time. Vorrichtung (1) nach unmittelbar vorherigem Anspruch, wobei die Vorrichtung (1) derart ausgebildet ist, den Volumenstrom für einen zweiten Zeitabschnitt konstant halten zu können, wobei die Volumenströme der Zeitabschnitte unterschiedliche Werte aufweisen.Device (1) according to the immediately preceding claim, wherein the device (1) is designed such that the volume flow for a second time to be able to keep the average constant, with the volume flows of the time sections having different values. Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorrichtung (1) einen Eingangstank (22) zur Aufnahme der Flüssigkeit aufweist, wobei der Eingangstank (22) mit der Eingangsleitung (7) verbunden ist, sodass die Flüssigkeit von dem Eingangstank (22) in das Eingangsreservoir (3) oder aus dem Eingangsreservoir (3) in den Eingangstank (22) befördert werden kann und/oder wobei die Vorrichtung (1) einen Ausgangstank (23) zur Aufnahme der Flüssigkeit aufweist, wobei der Ausgangstank (23) mit der Ausgangsleitung (9) verbunden ist, sodass die Flüssigkeit von dem Ausgangstank (23) in das Ausgangsreservoir (4) oder aus dem Ausgangsreservoir (4) in den Ausgangstank (23) befördert werden kann.Device (1) according to one of the preceding claims, wherein the device (1) has an inlet tank (22) for receiving the liquid, the inlet tank (22) being connected to the inlet line (7) so that the liquid from the inlet tank (22 ) can be conveyed into the input reservoir (3) or from the input reservoir (3) into the input tank (22) and/or wherein the device (1) has an output tank (23) for receiving the liquid, the output tank (23) having the outlet line (9) so that the liquid can be conveyed from the outlet tank (23) into the outlet reservoir (4) or from the outlet reservoir (4) into the outlet tank (23). Verwendung einer Abdeckvorrichtung mit einem Deckel (21) zum Verschließen des mindestens einen Eingangsreservoirs (3) und/oder des mindestens einen Ausgangsreservoirs (4) der Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Abdeckvorrichtung eine Eingangsleitung (7) und/oder eine Ausgangsleitung (9) aufweist, die den Deckel (21) derart durchdringt, dass die Eingangsleitung (7) in den Eingangsreservoir (3) hineinragt und/oder die Ausgangsleitung (9) in das Ausgangsreservoir (4) hineinragt, wenn der Deckel (21) das Eingangsreservoir (3) und/oder das Ausgangsreservoir (4) verschließt.Use of a covering device with a cover (21) for closing the at least one inlet reservoir (3) and/or the at least one outlet reservoir (4) of the device (1) according to one of the preceding claims, the covering device having an inlet line (7) and/or has an outlet line (9) which penetrates the cover (21) in such a way that the inlet line (7) protrudes into the inlet reservoir (3) and/or the outlet line (9) protrudes into the outlet reservoir (4) when the cover (21 ) closes the inlet reservoir (3) and/or the outlet reservoir (4).
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