DE102022204074A1

DE102022204074A1 - Sealing insert, mask and microfluidic device

Info

Publication number: DE102022204074A1
Application number: DE102022204074.0A
Authority: DE
Inventors: Johannes Staib
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-04-27
Filing date: 2022-04-27
Publication date: 2023-11-02

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Dichteinsatz (10) für eine mikrofluidische Vorrichtung, aufweisend einen Grundkörper (11) mit einem Fluidkanal (12), der entlang einer Längsachse (L) innen durch den Grundkörper (11) hindurchgeht, wobei der Grundkörper (11) entlang der Längsachse (L) von einem ersten Ende (13) des Dichteinsatzes (10) zu einem zweiten Ende (14) des Dichteinsatzes (10) aufeinander folgend einen Dichtbereich (111), einen Grundbereich (112) und einen Dichtlippenbereich (113) aufweist, wobei der Dichtbereich (111) gegenüber dem Grundbereich (112) außen verbreitert ist und wobei der Dichtlippenbereich (113) eine nach innen gerichtete Dichtlippe (1131) und eine nach außen gerichtete Dichtlippe (1132) aufweist. Eine Maske für die mikrofluidische Vorrichtung weist mehrere erste Öffnungen und mehrere zweite Öffnungen auf, wobei in mindestens einer ersten Öffnung ein Dichteinsatz (10) so angeordnet ist, dass sein Grundbereich (112) zumindest teilweise in der ersten Öffnung angeordnet ist.

The invention relates to a sealing insert (10) for a microfluidic device, comprising a base body (11) with a fluid channel (12) which passes through the inside of the base body (11) along a longitudinal axis (L), the base body (11) running along the Longitudinal axis (L) from a first end (13) of the sealing insert (10) to a second end (14) of the sealing insert (10) successively has a sealing area (111), a base area (112) and a sealing lip area (113), whereby the sealing area (111) is widened on the outside compared to the base area (112) and the sealing lip area (113) has an inwardly directed sealing lip (1131) and an outwardly directed sealing lip (1132). A mask for the microfluidic device has a plurality of first openings and a plurality of second openings, a sealing insert (10) being arranged in at least one first opening in such a way that its base region (112) is at least partially arranged in the first opening.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dichteinsatz für eine mikrofluidische Vorrichtung. Außerdem betrifft sie eine Maske für eine mikrofluidische Vorrichtung, welche mindestens einen Dichteinsatz aufweist. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung eine mikrofluidische Vorrichtung, welche die Maske aufweist.The present invention relates to a sealing insert for a microfluidic device. It also relates to a mask for a microfluidic device which has at least one sealing insert. Finally, the present invention relates to a microfluidic device which has the mask.

Stand der TechnikState of the art

Mikrofluidische Vorrichtungen zur Analyse biologischer Proben können eine austauschbare Kartusche aufweisen, in der die biologische Probe analysiert wird. Die Kartusche verfügt über eine Fluidikschicht, in welcher die Probe und verschiedene Reagenzien vorgelegt und gemischt werden können. Eine Pneumatikschicht, die von der Fluidikschicht durch eine Elastomermembran getrennt ist, ist dazu vorgesehen, um Flüssigkeiten in der Fluidikschicht zu bewegen, indem die Elastomermembran durch Fluidkanäle in der Pneumatikschicht mit einem Überdruck oder einem Unterdruck beaufschlagt wird.Microfluidic devices for analyzing biological samples can have a replaceable cartridge in which the biological sample is analyzed. The cartridge has a fluidic layer in which the sample and various reagents can be placed and mixed. A pneumatic layer, which is separated from the fluidic layer by an elastomeric membrane, is intended to move liquids in the fluidic layer by applying an overpressure or a negative pressure to the elastomeric membrane through fluid channels in the pneumatic layer.

In der WO 2011/048521 A1 wird eine derartige mikrofluidische Kartusche beschrieben. Die mikrofluidische Vorrichtung, in welcher die Kartusche eingesetzt wird, weist eine pneumatische Interface-Platte auf, die auch als Pneumatik-Manifold bezeichnet werden kann. Diese weist ebenfalls Fluidkanäle auf, welche fluidisch mit den Fluidkanälen der Pneumatikschicht gekoppelt werden, um eine Überdruckquelle und eine Unterdruckquelle in der mikrofluidischen Vorrichtung mit der Pneumatikschicht der mikrofluidischen Kartusche zu verbinden.In the WO 2011/048521 A1 Such a microfluidic cartridge is described. The microfluidic device in which the cartridge is inserted has a pneumatic interface plate, which can also be referred to as a pneumatic manifold. This also has fluid channels which are fluidly coupled to the fluid channels of the pneumatic layer in order to connect an overpressure source and a negative pressure source in the microfluidic device to the pneumatic layer of the microfluidic cartridge.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

In einem ersten Aspekt ist ein Dichteinsatz für eine mikrofluidische Vorrichtung vorgesehen, der einen Grundkörper mit einem Fluidkanal aufweist. Entlang einer Längsachse weist der Grundkörper von einem ersten Ende des Dichteinsatzes zu einem zweiten Ende des Dichteinsatzes aufeinanderfolgend mehrere Bereiche auf: einen Dichtbereich, einen Grundbereich und einen Dichtlippenbereich. Der Fluidkanal erstreckt sich vorzugsweise vom ersten Ende bis zum zweiten Ende des Dichteinsatzes und geht zumindest abschnittsweiseentlang der Längsachse innen durch den Grundkörper hindurch. Der Dichtbereich ist gegenüber dem Grundbereich außen verbreitert. Insbesondere ist er im Wesentlichen halbkugelförmig. Der Dichtlippenbereich weist eine nach innen, also in Richtung des Fluidkanals, und eine nach außen gerichtete Dichtlippe auf.In a first aspect, a sealing insert is provided for a microfluidic device, which has a base body with a fluid channel. Along a longitudinal axis, the base body has several areas in succession from a first end of the sealing insert to a second end of the sealing insert: a sealing area, a base area and a sealing lip area. The fluid channel preferably extends from the first end to the second end of the sealing insert and passes through the inside of the base body at least in sections along the longitudinal axis. The sealing area is wider on the outside than the basic area. In particular, it is essentially hemispherical. The sealing lip area has an inwardly directed sealing lip, i.e. in the direction of the fluid channel, and an outwardly directed sealing lip.

Dieser Dichteinsatz ist dazu geeignet, um eine Fluidverbindung zwischen einer Kartusche einer mikrofluidischen Vorrichtung und einem Pneumatik-Manifold der mikrofluidischen Vorrichtung fluiddicht abzudichten. Die beiden Dichtlippen sind hierbei dazu vorgesehen, der Kartusche zugewandt zu werden. Da der Fluidkanal im Betrieb der mikrofluidischen Vorrichtung abwechselnd Überdruck und Unterdruck führt, ermöglichen die beiden Dichtlippen es, die Verbindung zwischen Kartusche und Pneumatik-Manifold in diesen beiden unterschiedlichen Betriebszuständen abzudichten. Dabei ermöglicht es der Dichtbereich gleichzeitig, eine fluiddichte Verbindung zwischen dem Dichteinsatz und dem Pneumatik-Manifold herzustellen, indem der Dichteinsatz in einem Kontaktbereich des Pneumatik-Manifolds angeordnet wird. Wenn der Dichtbereich des Dichteinsatzes in den Kontaktbereich hineingedrückt wird, kann der Fluidkanal des Dichteinsatzes fluiddicht mit einem Fluidkanal im Pneumatikmanifold verbunden werden.This sealing insert is suitable for sealing a fluid connection between a cartridge of a microfluidic device and a pneumatic manifold of the microfluidic device in a fluid-tight manner. The two sealing lips are intended to face the cartridge. Since the fluid channel alternately carries positive pressure and negative pressure during operation of the microfluidic device, the two sealing lips make it possible to seal the connection between the cartridge and the pneumatic manifold in these two different operating states. At the same time, the sealing area makes it possible to establish a fluid-tight connection between the sealing insert and the pneumatic manifold by arranging the sealing insert in a contact area of the pneumatic manifold. If the sealing area of the sealing insert is pressed into the contact area, the fluid channel of the sealing insert can be connected in a fluid-tight manner to a fluid channel in the pneumatic manifold.

Vorzugsweise besteht der Dichteinsatz aus einem Material, insbesondere einem Kunststoffmaterial, welches eine Shore-A-Härte im Bereich von 50 bis 70 aufweist. Dies ermöglicht es, das Dichtelement zu stauchen, um es so an den Pneumatik-Manifold anzudrücken und die Dichtlippen so zu deformieren, dass sie sich unter Überdruck und unter Unterdruck an eine Kartusche anlegen.The sealing insert preferably consists of a material, in particular a plastic material, which has a Shore A hardness in the range from 50 to 70. This makes it possible to compress the sealing element in order to press it against the pneumatic manifold and to deform the sealing lips so that they contact a cartridge under positive pressure and negative pressure.

Ein Querschnitt des Kanals erweitert sich vorzugsweise von dem ersten Ende zu einem Übergang von dem Grundbereich zu dem Dichtlippenbereich. Von dem Übergang bis zum zweiten Ende verkleinert sich der Querschnitt. Diese Verkleinerung ergibt sich daraus, dass die nach innen gerichtete Dichtlippe in den Kanal hineinsteht. Um dennoch einen gleichen Querschnitt des Kanals am ersten Ende und am zweiten Ende gewährleisten zu können, ist die Querschnittsaufweitung des Kanals bis zum Beginn des Dichtlippenbereichs vorgesehen. Wenn der Pneumatik-Manifold Fluidkanäle aufweist, die denselben Querschnitt wie die Fluidkanäle in einer Pneumatikschicht einer Kartusche aufweisen, kann der Dichteinsatz also zum Abdichten der Verbindung zwischen Pneumatik-Manifold und Kartusche verwendet werden, ohne dass bauliche Veränderungen am Pneumatik-Manifold oder an der Kartusche hinsichtlich des dortigen Kanalquerschnitts erforderlich wären.A cross section of the channel preferably widens from the first end to a transition from the base area to the sealing lip area. The cross section decreases from the transition to the second end. This reduction in size results from the fact that the inwardly directed sealing lip protrudes into the channel. In order to be able to ensure an equal cross section of the channel at the first end and at the second end, the cross section of the channel is expanded up to the beginning of the sealing lip area. If the pneumatic manifold has fluid channels that have the same cross section as the fluid channels in a pneumatic layer of a cartridge, the sealing insert can therefore be used to seal the connection between the pneumatic manifold and the cartridge without making any structural changes to the pneumatic manifold or the cartridge would be necessary with regard to the canal cross-section there.

Der Dichtbereich weist vorzugsweise einen Querschnitt auf, der von dem ersten Ende bis zu einem Übergang von dem Dichtbereich zu dem Grundbereich zunimmt. Weiterhin ist es bevorzugt, dass sich der Querschnitt in diesem Übergang verkleinert. Dies ermöglicht eine große Kontaktfläche zwischen dem Dichteinsatz und einer Maske des Pneumatik-Manifolds, um eine gute Abdichtung zu realisieren.The sealing area preferably has a cross section that increases from the first end to a transition from the sealing area to the base area. Furthermore, it is preferred that the cross section is reduced in this transition. This enables a large contact area between the sealing insert and a mask of the pneumatic manifold to achieve a good seal.

Der Grundbereich weist vorzugsweise einen Führungsbereich und einen Ausgleichsbereich auf, wobei der Ausgleichsbereich insbesondere kürzer als der Führungsbereich ist. Der Führungsbereich grenzt an einen Dichtbereich an und weist einen konstanten Querschnitt auf. Er ist dazu vorgesehen, durch eine Öffnung einer Maske des Pneumatik-Manifolds geführt zu werden, wobei der Dichtbereich der gegenüber dem Grundbereich außen verbreitert ist, auf der Maske aufliegen kann. Der Ausgleichsbereich grenzt an den Führungsbereich und an den Dichtlippenbereich an. Ein Querschnitt des Ausgleichsbereichs verkleinert sich von seinem Übergang zum Führungsbereich in Richtung des Übergangs zwischen dem Grundbereich und dem Dichtbereich. Durch diesen Ausgleichsbereich können Unebenheiten zwischen einer Maske des Pneumatik-Manifolds und einer Kartusche ausgeglichen werden. Wird beispielsweise eine Maske eines Pneumatik-Manifolds mit mehreren Dichteinsätzen in Reihe über eine konkave Kartuschenoberfläche aufgesetzt, so kann ein Ausgleich durch Stauchen der Ausgleichsbereiche einzelner Dichteinsätze erfolgen.The base area preferably has a guide area and a compensation area, the compensation area being in particular shorter than the guide area. The guide area borders a sealing area and has a constant cross section. It is intended to be guided through an opening in a mask of the pneumatic manifold, whereby the sealing area, which is widened on the outside compared to the base area, can rest on the mask. The compensation area borders the guide area and the sealing lip area. A cross section of the compensation area decreases from its transition to the guide area in the direction of the transition between the base area and the sealing area. This compensation area can be used to compensate for unevenness between a mask of the pneumatic manifold and a cartridge. For example, if a mask of a pneumatic manifold with several sealing inserts is placed in a row over a concave cartridge surface, compensation can be achieved by compressing the compensation areas of individual sealing inserts.

In einem weiteren Aspekt ist eine Maske für eine mikrofluidische Vorrichtung vorgesehen. Diese weist mehrere erste Öffnungen und mehrere zweite Öffnungen auf. In mindestens einer ersten Öffnung ist ein Dichteinsatz nach dem ersten Aspekt so angeordnet, dass sein Grundbereich zumindest teilweise in der ersten Öffnung angeordnet ist. Wenn der Grundbereich einen Führungsbereich und einen Ausgleichsbereich aufweist, dann ist der Führungsbereich in der ersten Öffnung angeordnet. Die Maske ermöglicht es, eine Vielzahl von Dichteinsätzen in definierten Positionen an einem Pneumatik-Manifold anzuordnen.In a further aspect, a mask for a microfluidic device is provided. This has several first openings and several second openings. A sealing insert according to the first aspect is arranged in at least one first opening in such a way that its base region is at least partially arranged in the first opening. If the base area has a guide area and a compensation area, then the guide area is arranged in the first opening. The mask makes it possible to arrange a large number of sealing inserts in defined positions on a pneumatic manifold.

Vorzugsweise weist die Maske eine erste Seite und eine zweite Seite auf. Die zweite Seite fungiert dabei als Sitz für den Dichtbereich des Dichteinsatzes. Wenn die Maske mit ihrer zweiten Seite am Pneumatik-Manifold angeordnet wird, dann wird der Dichteinsatz zwischen dem Pneumatik-Manifold und der Maske eingequetscht, was zum einen zu einer fluiddichten Abdichtung zwischen dem Pneumatik-Manifold und dem Dichteinsatz führt und zum anderen den Grundbereich jedes Dichteinsatzes in der jeweiligen ersten Öffnung der Maske fixiert.Preferably the mask has a first side and a second side. The second side acts as a seat for the sealing area of the sealing insert. If the mask is arranged with its second side on the pneumatic manifold, then the sealing insert is squeezed between the pneumatic manifold and the mask, which leads to a fluid-tight seal between the pneumatic manifold and the sealing insert and the base area of each Sealing insert fixed in the respective first opening of the mask.

Wenn die Maske mehrere Dichtelemente aufweist, so kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass diese zu einer Matte verbunden sind, um eine besonders effiziente Montage der Dichtelemente in der Maske zu ermöglichen.If the mask has several sealing elements, it can preferably be provided that these are connected to form a mat in order to enable particularly efficient assembly of the sealing elements in the mask.

In einem dritten Aspekt ist eine mikrofluidische Vorrichtung vorgesehen, die ein Pneumatik-Manifold mit mehreren Fluidkanälen aufweist. Die Fluidkanäle enden jeweils in einem Kontaktbereich. Eine Maske gemäß dem zweiten Aspekt ist so an dem Pneumatik-Manifold angeordnet, dass ein Dichtbereich eines Dichteinsatzes in einem Kontaktbereich angeordnet ist. Mehrere Verbindungselemente, die insbesondere als Schrauben ausgeführt sind, sind jeweils durch eine erste Öffnung der Maske in eine Verbindungsöffnung des Pneumatik-Manifolds geführt. Die Verbindungselemente drücken die Maske an das Pneumatik-Manifold und somit die Dichtbereiche seiner Dichteinsätze in die Kontaktbereiche des Pneumatik-Manifolds. Hierzu sind die Kontaktbereiche vorzugsweise konkav ausgeführt und korrespondieren in einer Form mit der Form der Dichtbereiche der Dichteinsätze, welche jeweils konvex ausgeführt sind. Durch die Verwendung mehrerer Verbindungselemente wird eine Verdrehsicherheit zwischen der Maske und dem Pneumatik-Manifold gewährleistet.In a third aspect, a microfluidic device is provided which has a pneumatic manifold with multiple fluid channels. The fluid channels each end in a contact area. A mask according to the second aspect is arranged on the pneumatic manifold such that a sealing area of a sealing insert is arranged in a contact area. Several connecting elements, which are designed in particular as screws, are each guided through a first opening in the mask into a connecting opening in the pneumatic manifold. The connecting elements press the mask onto the pneumatic manifold and thus the sealing areas of its sealing inserts into the contact areas of the pneumatic manifold. For this purpose, the contact areas are preferably designed to be concave and correspond in a shape to the shape of the sealing areas of the sealing inserts, which are each designed to be convex. The use of several connecting elements ensures that there is no rotation between the mask and the pneumatic manifold.

In diese mikrofluidische Vorrichtung kann eine Kartusche so eingeführt werden, dass ihre Pneumatikschicht der Maske zugewandt wird. Eine Abdichtung zwischen der Kartusche und den Dichteinsätzen kann dabei lediglich durch eine Anpresskraft zwischen der Maske und der Kartusche erfolgen. Zunächst berühren die abstehenden Dichtlippen der Dichteinsätze die Kartuschenoberfläche. Im Zuge des Aufsetzens und Anpressens wischen die Dichtlippen über die zu dichtende Oberfläche der Kartusche, wobei Verunreinigungen zur Seite geschoben werden. Das elastische Material der Dichtlippen legt sich auf der Kartuschenoberfläche um die Anschlussöffnungen von Fluidkanälen der Pneumatikschicht. Dabei wird die Luft zwischen innerer und äußerer Dichtlippe verdrängt, was mit dem Prinzip eines Saugnapfes verglichen werden kann. Liegen die Dichtlippen satt an, so wird ein gegebenenfalls vorhandener Ausgleichsbereich des Grundbereichs gestaucht. Wenn mehrere in einer Reihe angeordnete Dichteinsätze beispielsweise mit ihren Dichtlippen auf eine konkave Oberfläche einer Kartusche aufsetzen, müssen die mittig liegenden Dichteinsätze um die Konvexität in ihren Ausgleichsbereichen mehr gestaucht werden, als die Dichteinsätze links und rechts von diesen.A cartridge can be inserted into this microfluidic device so that its pneumatic layer faces the mask. A seal between the cartridge and the sealing inserts can only be achieved by a contact force between the mask and the cartridge. First, the protruding sealing lips of the sealing inserts touch the cartridge surface. During placement and pressing, the sealing lips wipe over the surface of the cartridge to be sealed, pushing contaminants to the side. The elastic material of the sealing lips lies on the cartridge surface around the connection openings of fluid channels in the pneumatic layer. The air is displaced between the inner and outer sealing lip, which can be compared to the principle of a suction cup. If the sealing lips are snug, any existing compensation area of the base area is compressed. If, for example, several sealing inserts arranged in a row place their sealing lips on a concave surface of a cartridge, the centrally located sealing inserts must be compressed more around the convexity in their compensation areas than the sealing inserts to the left and right of them.

Wenn das Verbindungselement als Schraube ausgeführt ist, so steht ihr Schraubenkopf vorzugsweise auf der ersten Seite der Maske über diese hinaus. Dadurch fungiert er als Anschlag beim Aufsetzen der Maske auf die Kartusche. Dies begrenzt die Stauchung der Dichteinsätze, wodurch ihr Material vor Überlastung geschützt wird. Zugleich wirkt der Kraftüberschuss des Pneumatik-Manifolds über den Schraubenkopf auf die Kartusche und wirkt deren konkaver Erhebung entgegen, indem diese plattgedrückt wird. Es ist also bevorzugt, dass das Verbindungselement an der ersten Seite der Maske über diese hinaussteht, wobei die Länge des überstehenden Teils des Verbindungselements geringer ist, als die Länge des Ausgleichsbereichs des Dichteinsatzes.If the connecting element is designed as a screw, its screw head preferably protrudes beyond the mask on the first side. This means it acts as a stop when placing the mask on the cartridge. This limits the compression of the sealing inserts, which protects their material from overloading. At the same time, the excess force of the pneumatic manifold acts on the cartridge via the screw head and counteracts its concave elevation by pressing it flat. It is therefore preferred that the connecting element on the first side of the mask protrudes beyond it, with the length of the above standing part of the connecting element is less than the length of the compensation area of the sealing insert.

Sobald die mikrofluidische Vorrichtung auf der Kartusche aufgesetzt hat, wird durch die Kanäle der Dichteinsätze abwechselnd Überdruck und Unterdruck geführt. Führt ein Kanal Druck, so legt sich die innere Dichtlippe an die Kartusche an. Führt ein Kanal Unterdruck, so legt sich die äußere Dichtlippe durch den atmosphärischen Druck an die Kartusche an.As soon as the microfluidic device is placed on the cartridge, positive and negative pressure is alternately passed through the channels of the sealing inserts. If a channel carries pressure, the inner sealing lip lies against the cartridge. If a channel carries negative pressure, the outer sealing lip comes into contact with the cartridge due to the atmospheric pressure.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

1a zeigt eine Längsschnittdarstellung eines Dichteinsatzes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
1b zeigt eine Ansicht des Dichteinsatzes gemäß 1a von seinem ersten Ende.
1c zeigt eine Ansicht des Dichteinsatzes gemäß 1a von seinem zweiten Ende.
2a zeigt eine Aufsicht auf eine Maske gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2b zeigt eine Schnittdarstellung der Maske gemäß der 2a.
3a zeigt eine Aufsicht auf ein Pneumatik-Manifold einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3b zeigt eine Schnittdarstellung des Pneumatik-Manifolds gemäß 3a.
4 zeigt eine Seitenansicht einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, die an einer Kartusche angeordnet ist.
5 zeigt einen Ausschnitt einer Schnittdarstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, die an einer Kartusche angeordnet ist.

Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the following description.

1a shows a longitudinal sectional view of a sealing insert according to an exemplary embodiment of the invention.
1b shows a view of the sealing insert according to 1a from its first ending.
1c shows a view of the sealing insert according to 1a from its second end.
2a shows a top view of a mask according to an embodiment of the invention.
2 B shows a sectional view of the mask according to 2a .
3a shows a top view of a pneumatic manifold of a microfluidic device according to an embodiment of the invention.
3b shows a sectional view of the pneumatic manifold according to 3a .
4 shows a side view of a microfluidic device according to an embodiment of the invention, which is arranged on a cartridge.
5 shows a section of a sectional view of a microfluidic device according to an exemplary embodiment of the invention, which is arranged on a cartridge.

Ausführungsbeispiele der ErfindungEmbodiments of the invention

Ein Dichteinsatz 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den 1a bis 1c dargestellt. Dieser Dichteinsatz 10 weist einen Grundkörper 11 auf. Der Grundkörper 11 besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus thermoplastischem Urethan (TPU) mit einer Shore-A-Härte von 60. Entlang der Längsachse L des Dichteinsatzes 10 verläuft ein Kanal 12 von einem ersten Ende 13 des Dichteinsatzes 10 zu seinem zweiten Ende 14. Der Grundkörper 11 weist einen Dichtbereich 111 auf, der am ersten Ende 13 beginnt und einen im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist. Dieser geht in einen Grundbereich 12 über. Der Grundbereich 12 unterteilt sich in einen Führungsbereich 1121 und einen Ausgleichsbereich 1122. Der Führungsbereich 1121 schließt direkt an den Dichtbereich 111 an. Er weist einen konstanten Außendurchmesser auf, welcher kleiner ist als der Außendurchmesser des Dichtbereichs 111 an seinem Übergang zum Führungsbereich 1121. Dies bedeutet, dass der Dichtbereich 111 sich in Form einer Stufe zum Führungsbereich 1121 hin verschmälert. Der Ausgleichsbereich 1122, welcher sich an den Führungsbereich 1121 anschließt, weist anders als dieser keinen konstanten Querschnitt auf, sondern sein Querschnitt nimmt entlang der Längsachse L konstant ab. Der Ausgleichsbereich 1122 endet in einem Dichtlippenbereich 113. Im Dichtlippenbereich ist eine ringförmige, nach innen gerichtete Dichtlippe 1131, die in den Kanal 12 hineinragt, und eine weitere ringförmige, nach außen gerichtete Dichtlippe 1132 angeordnet.A sealing insert 10 according to an embodiment of the invention is in the 1a until 1c shown. This sealing insert 10 has a base body 11. In the present exemplary embodiment, the base body 11 consists of thermoplastic urethane (TPU) with a Shore A hardness of 60. A channel 12 runs along the longitudinal axis L of the sealing insert 10 from a first end 13 of the sealing insert 10 to its second end 14. The base body 11 has a sealing area 111 which begins at the first end 13 and has a substantially semicircular cross section. This goes into a basic area 12. The base area 12 is divided into a guide area 1121 and a compensation area 1122. The guide area 1121 connects directly to the sealing area 111. It has a constant outside diameter, which is smaller than the outside diameter of the sealing area 111 at its transition to the guide area 1121. This means that the sealing area 111 narrows towards the guide area 1121 in the form of a step. The compensation area 1122, which adjoins the guide area 1121, does not have a constant cross section, but its cross section decreases constantly along the longitudinal axis L. The compensation area 1122 ends in a sealing lip area 113. An annular, inwardly directed sealing lip 1131, which projects into the channel 12, and a further annular, outwardly directed sealing lip 1132 are arranged in the sealing lip area.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Dichtelement 10 eine Länge von 6,6 mm auf. Die Länge des Dichtbereiches 111 beträgt 2,5 mm, die Länge des Führungsbereiches 1121 beträgt 2,2 mm, die Länge des Ausgleichsbereiches beträgt 1,0 mm und die Länge des Dichtlippenbereiches beträgt 0,9 mm. Der Querschnitt d des Dichtbereiches 111 beträgt an seiner breitesten Stelle 5,0 mm. In the present exemplary embodiment, the sealing element 10 has a length of 6.6 mm. The length of the sealing area 111 is 2.5 mm, the length of the guide area 1121 is 2.2 mm, the length of the compensation area is 1.0 mm and the length of the sealing lip area is 0.9 mm. The cross section d of the sealing area 111 is 5.0 mm at its widest point.

Der Querschnitt des Führungsbereiches 1121 beträgt 3,5 mm. Der Querschnitt des Ausgleichsbereiches 1122 verringert sich linear von 3,5 mm auf 3,0 mm.The cross section of the guide area 1121 is 3.5 mm. The cross section of the compensation area 1122 decreases linearly from 3.5 mm to 3.0 mm.

Der Kanal 12 weist am ersten Ende 13 eine kreisförmige Öffnung auf, deren Durchmesser im vorliegenden Ausführungsbeispiel 1,2 mm beträgt. Sein Querschnitt nimmt bis zum Übergang vom Ausgleichsbereich 1122 zum Dichtlippenbereich 113 hin konstant zu. Im Dichtlippenbereich 113 verringert sich der Querschnitt des Kanals 12 durch die in diesen hineinstehende innere Dichtlippe 1131 wieder, sodass der Kanal 12 am zweiten Ende 14 in einer kreisförmigen Öffnung endet, deren Durchmesser mit der kreisförmigen Öffnung am ersten Ende 13 übereinstimmt.The channel 12 has a circular opening at the first end 13, the diameter of which is 1.2 mm in the present exemplary embodiment. Its cross section increases constantly up to the transition from the compensation area 1122 to the sealing lip area 113. In the sealing lip area 113, the cross section of the channel 12 reduces again due to the inner sealing lip 1131 protruding into it, so that the channel 12 ends at the second end 14 in a circular opening, the diameter of which corresponds to the circular opening at the first end 13.

In den 2a und 2b ist eine Maske 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Diese ist 2,6 mm dick und weist sechs kreiszylinderförmige erste Öffnungen 21 mit konstantem Innendurchmesser von jeweils 3,5 mm auf. Weiterhin weist sie zwei zweite Öffnungen 22 auf. Die zweiten Öffnungen 22 weisen auf einer ersten Seite 23 der Maske 20 denselben Durchmesser wie die ersten Öffnungen 21 auf. Sie verkleinern jedoch ihren Innendurchmesser in Form einer Stufe, sodass sie auf einer zweiten Seite 24, welche der ersten Seite 23 gegenüberliegt, kleiner sind als die ersten Öffnungen 21.In the 2a and 2 B a mask 20 is shown according to an exemplary embodiment of the invention. This is 2.6 mm thick and has six circular cylindrical first openings 21 with a constant inner diameter of 3.5 mm each. It also has two second openings 22. The second openings 22 have the same diameter as the first openings 21 on a first side 23 of the mask 20. However, they are downsizing their inner diameter in the form of a step, so that they are smaller than the first openings 21 on a second side 24, which is opposite the first side 23.

In den 3a und 3b ist ein Pneumatik-Manifold 30 dargestellt. Dieses weist sechs Fluidkanäle 31 auf, die dazu eingerichtet sind, um Fluidkanäle einer Kartusche mit Überdruck oder mit Unterdruck zu beaufschlagen. Jeder Fluidkanal 31 endet in einem konkaven Kontaktbereich 32. Weiterhin weist das Pneumatik-Manifold 30 zwei Verbindungsöffnungen 33 mit Innengewinde auf.In the 3a and 3b a pneumatic manifold 30 is shown. This has six fluid channels 31, which are designed to apply excess pressure or negative pressure to fluid channels of a cartridge. Each fluid channel 31 ends in a concave contact area 32. Furthermore, the pneumatic manifold 30 has two connecting openings 33 with internal threads.

In den 4 und 5 ist eine mikrofluidische Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, die an einer mikrofluidischen Kartusche 40 angeordnet ist. Die mikrofluidische Kartusche 40 weist aufeinanderfolgend eine Fluidikschicht 41, eine Elastomermembran 42 und eine Pneumatikschicht 43 mit Fluidkanälen 431 auf. In der mikrofluidischen Vorrichtung ist ein Dichtelement 10 so in die Maske 20 eingesetzt, dass sein Dichtbereich 111 auf der zweiten Seite 24 der Maske 20 aufliegt. Sein Führungsbereich 1121 ist durch eine erste Öffnung 21 der Maske 20 geführt. In the 4 and 5 A microfluidic device according to an exemplary embodiment of the invention is shown, which is arranged on a microfluidic cartridge 40. The microfluidic cartridge 40 successively has a fluidic layer 41, an elastomeric membrane 42 and a pneumatic layer 43 with fluid channels 431. In the microfluidic device, a sealing element 10 is inserted into the mask 20 in such a way that its sealing area 111 rests on the second side 24 of the mask 20. Its guide area 1121 is guided through a first opening 21 of the mask 20.

Sein Ausgleichsbereich 1122 und sein Dichtbereich 113 stehen an der ersten Seite 23 aus der Maske 20 heraus. Die zweite Seite 24 der Maske 20 ist so auf den Pneumatik-Manifold 30 aufgesetzt, dass der Dichtbereich 111 des Dichteinsatzes 10 in einem Kontaktbereich 32 zu liegen kommt. Ein Verbindungselement 50 in Form einer Schraube ist mit seinem Schraubenschaft durch eine zweite Öffnung 22 der Maske 20 in eine Verbindungsöffnung 33 des Pneumatik-Manifolds 30 eingeführt. Der Schraubenkopf des Verbindungselements 50 ist dabei teilweise in der zweiten Öffnung 22 versenkt. Das Verbindungselement 50 drückt die Maske 20 an dem Pneumatik-Manifold 30 an. Dadurch wird der Dichtbereich 111 des Dichteinsatzes 10 zwischen der zweiten Seite 24 und der Maske 20 und dem Kontaktbereich 32 eingequetscht, sodass eine fluiddichte Verbindung zwischen dem Fluidkanal 31 des Pneumatik-Manifolds 30, der in den Kontaktbereich 32 mündet und dem Kanal 12 des Dichteinsatzes 10 hergestellt wird.Its compensation area 1122 and its sealing area 113 protrude from the mask 20 on the first side 23. The second side 24 of the mask 20 is placed on the pneumatic manifold 30 so that the sealing area 111 of the sealing insert 10 comes to rest in a contact area 32. A connecting element 50 in the form of a screw is inserted with its screw shaft through a second opening 22 in the mask 20 into a connecting opening 33 in the pneumatic manifold 30. The screw head of the connecting element 50 is partially sunk into the second opening 22. The connecting element 50 presses the mask 20 on the pneumatic manifold 30. As a result, the sealing area 111 of the sealing insert 10 is squeezed between the second side 24 and the mask 20 and the contact area 32, so that a fluid-tight connection between the fluid channel 31 of the pneumatic manifold 30, which opens into the contact area 32, and the channel 12 of the sealing insert 10 will be produced.

Die mikrofluidische Vorrichtung wird mit einer Kraft F so an die Kartusche 40 angepresst, dass der Schraubenkopf des Verbindungselements 50 an ihrer Pneumatikschicht 43 anschlägt. Dabei umschließen die Dichtlippen 1131, 1132 eine Öffnung eines Fluidkanals 431 der Pneumatikschicht 43, wobei die Luft zwischen der inneren Dichtlippe 1131 und der äußeren Dichtlippe 1132 verdrängt wird. Hierdurch wird eine weitere fluiddichte Verbindung zwischen dem Fluidkanal 431 in der Pneumatikschicht 43 und dem Kanal 12 des Dichteinsatzes 10 hergestellt. Wenn der Fluidkanal 31 des Pneumatik-Manifolds 30 nur mit Überdruck oder Unterdruck beaufschlagt wird, kann dieser sich in den Fluidkanal 431 der Pneumatikschicht 43 der Kartusche 40 fortpflanzen.The microfluidic device is pressed against the cartridge 40 with a force F so that the screw head of the connecting element 50 abuts its pneumatic layer 43. The sealing lips 1131, 1132 enclose an opening of a fluid channel 431 of the pneumatic layer 43, with the air being displaced between the inner sealing lip 1131 and the outer sealing lip 1132. This creates a further fluid-tight connection between the fluid channel 431 in the pneumatic layer 43 and the channel 12 of the sealing insert 10. If the fluid channel 31 of the pneumatic manifold 30 is only subjected to excess pressure or negative pressure, this can propagate into the fluid channel 431 of the pneumatic layer 43 of the cartridge 40.

Auch wenn in den 4 und 5 zur besseren Verständlichkeit lediglich ein Dichteinsatz 10 dargestellt ist, so ist doch vorgesehen, in allen ersten Öffnungen 21 der Maske 20 jeweils einen Dichteinsatz 10 anzuordnen. Auf diese Weise können mit den sechs Fluidleitungen 31 des Pneumatik-Manifolds 30 sechs Fluidleitungen der Pneumatikschicht 43 der Kartusche 40 bedient werden. So ist eine beliebige Erweiterung auf die sechs gedichteten Fluidleitungen möglich.Even if in the 4 and 5 For better understanding, only one sealing insert 10 is shown, but it is intended to arrange a sealing insert 10 in each of the first openings 21 of the mask 20. In this way, six fluid lines of the pneumatic layer 43 of the cartridge 40 can be operated with the six fluid lines 31 of the pneumatic manifold 30. Any expansion to the six sealed fluid lines is possible.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2011/048521 A1 [0003]

Claims

Sealing insert (10) for a microfluidic device, comprising a base body (11) with a fluid channel (12) which, at least in sections along a longitudinal axis (L), passes through the inside of the base body (11), the base body (11) running along the Longitudinal axis (L) from a first end (13) of the sealing insert (10) to a second end (14) of the sealing insert (10) successively has a sealing area (111), a base area (112) and a sealing lip area (113), whereby the sealing area (111) is widened on the outside compared to the base area (112) and the sealing lip area (113) has an inwardly directed sealing lip (1131) and an outwardly directed sealing lip (1132).

sealing insert (10). Claim 1 , characterized in that it consists of a material which has a Shore A hardness in the range of 50 to 70.

sealing insert (10). Claim 1 or 2 , characterized in that a cross section of the channel (12) increases from the first end (13) to a transition from the base area (112) to the sealing lip area (113) and decreases from the transition to the second end (14).

Sealing insert (10) according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the sealing area (111) has a cross section which increases from the first end (13) to a transition from the sealing area (111) to the base area (112).

Sealing insert (10) according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that the base area (112) has a guide area (1121) and a compensation area (1122), the guide area (1121) adjoining the sealing area (111) and having a constant cross section and the compensation area (1122) adjoining the guide area (1121) and adjoins the sealing lip area (113), its cross section decreasing from its transition to the guide area (1121) in the direction of the transition between the base area (112) and the sealing area (113).

Mask (20) for a microfluidic device, having a plurality of first openings (21) and a plurality of second openings (22), wherein in at least one first opening (21) there is a sealing insert (10) according to one of Claims 1 until 5 is arranged so that its base area (112) is at least partially arranged in the first opening (21).

mask (20). Claim 6 , characterized in that the sealing insert (10) is a sealing insert (10). Claim 5 is and its guide area (1121) is arranged in the first opening (21).

mask (20). Claim 6 or 7 , characterized in that it has a first side (23) and a second side (24), the second side (24) functioning as a seat for the sealing area (111) of the sealing insert (10).

Mask (20) according to one of the Claims 6 until 8th , characterized in that it has several sealing elements (10) which are connected to form a mat.

Microfluidic device, comprising a pneumatic manifold (30) with a plurality of fluid channels (31), each of which ends in a contact area (32), wherein a mask (20) according to one of Claims 6 until 9 is arranged on the pneumatic manifold (31) in such a way that a sealing area (111) of a sealing insert (10) is arranged in a contact area (32) and at least two connecting elements (50) each pass through a second opening (22) in the mask ( 20) are guided into a connection opening (33) of the pneumatic manifold (30).