DE102022207833A1 - Injektionsstößel, Injektionsstößelpaket und Verfahren zu seiner Herstellung, sowie Mikrofluidik-Analysesystem - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Injektionsstößel (11) zum Entleeren einer Reagenzriegelkammer in ein Mikrofluidik-Analysesystem. Mindestens ein Sensor (70) ist in dem Injektionsstößel (11) angeordnet. Ein Injektionsstößelpaket (10) weist mindestens einen Injektionsstößel (11) auf, der einstückig mit einer Trägerplatte (13) gefertigt ist. In einem Verfahren zur Herstellung des Injektionsstößelpakets (10) erfolgt die Herstellung mittels Spritzgießens in einem Mehrkavitäteten-Spritzgießwerkzeug, in welchem ein Sensorkopf (71) des Sensors (70) einer Auswerferseite des Mehrkavitäteten-Spritzgießwerkzeug zugewandt wird. Ein Mikrofluidik-Analysesystem weist mehrere Hohlräume auf, die jeweils zur Aufnahme eines Reagenzriegels eingerichtet sind und die jeweils durch eine Membran begrenzt werden. Das Injektionsstößelpaket (10) ist so angeordnet, dass jeder Injektionsstößel (11) einer Membran zugewandt ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektionsstößel zum Entleeren einer Reagenzriegelkammer in ein Mikrofluidik-Analysesystem. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Injektionsstößelpaket und ein Verfahren zur Herstellung des Injektionsstößelpakets. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Mikrofluidik-Analysesystem, welches das Injektionsstößelpaket aufweist.
  • Stand der Technik
  • In Mikrofluidik-Analysesysteme zur Auswertung von Körperflüssigkeiten und zur zeitnahen Diagnostik in Arztpraxen und Krankenhäusern werden Kartuschen mit unterschiedlich befüllten Reagenzriegeln hinter einer elastischen Kunststoffmembran eingesetzt. Nach der Eingabe der Kartusche in das Analysesystem fahren mehrere Injektionsstößel mit einer definierten Kraft sowie Geschwindigkeit gegen die Kunststoffmembran und verformen diese. Dabei stoßen sie gleichzeitig die Versiegelung der unterschiedlichen Reagenzriegelkammern auf, und die darin enthaltenen Reagenzflüssigkeiten werden in die vorgesehenen Analysebereiche der Kartusche injiziert.
  • Die Injektionsstößel werden üblicherweise für unterschiedliche Kammergeometrien mit einer speziell zerspanten Kontur aus einem Metallteil gefertigt. Dann werden sie auf einer bestimmten Position auf einer ebenfalls metallenen Trägerplatte durch eine Schraubverbindung montiert.
  • Die DE 10 2019 200 109 A1 beschreibt eine mikrofluidische Vorrichtung und ein Analysegerät für die mikrofluidische Vorrichtung. Eine elastische Membran begrenzt einen Hohlraum in dem ein Einlegeelement angeordnet ist. Das Einlegeelement ist als Reagenzriegel ausgeformt, in dem Reagenzien zum Prozessieren der mikrofluidischen Vorrichtung aufbewahrt oder vorgelagert werden. Die Membran kann deformiert werden, indem ein Injektionsstößel in Form eines Metallkerns mittels eines Bewegungselements gegen diese gepresst wird.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Ein erster Aspekt betrifft einen Injektionsstößel zum Entleeren einer Reagenzriegelkammer in ein Mikrofluidik-Analysesystem. Mindestens ein Sensor, insbesondere genau ein Sensor, ist in dem Injektionsstößel angeordnet. Dies ermöglicht es, Prozessdaten zur Reagenzienfreigabe aufzunehmen und dem Reagenzriegel, welcher Mittels des Reagenzstößels entleert wird, zuzuordnen.
  • Der Sensor ist insbesondere ein Drucksensor, ein Temperatursensor, ein photoelektrischer Sensor oder ein Füllstandsensor. Ein Drucksensor ermöglicht es, einen ersten Kontakt des Injektionsstößels zu einer Elastomermembran, das Durchstoßen einer Siegelfolie, eventuelle Kontakte zu Reagenzriegelgehäusen, Drücke bei Kontakt mit Reagenzien und Endlagen von Reagenzriegelkammern zu erkennen. Mittels eines Temperatursensors kann die Temperatur von Reagenzien ermittelt werden, wenn der Reaktionsstößel mit diesem Kontakt gerät. Ein photoelektrischer Sensor kann die Elastomermembran auf Risse untersuchen. Mittels eines Füllstandsensors kann ein Flüssigkeitsstand in einer Reagenzriegelkammer bestimmt werden.
  • Der Injektionsstößel weist vorzugsweise an einem ersten Ende ein Stößelkopf auf, in dem ein Sensorkopf des Senors angeordnet ist. Da der Sensorkopf in einem Mikrofluidikanalysesystem der Reagenzriegelkammer zugewandt ist, ist die Anordnung des Sensorkopfs am Stößelkopf optimal, um Sensordaten über die Reagenzriegelkammer zu sammeln.
  • Besonders bevorzugt ist der Sensorkopf in der Mitte des Stößelkopfes angeordnet. Dadurch erfolgt ein direkter Kontakt zwischen dem Sensorkopf und der Elastomermembran erst nachdem ein Kontakt zwischen den Außenkanten des Stößelkopfes und der Elastomermembran erfolgt ist. Erst durch diesen Vollkontakt ist beispielsweise ein Druckanstieg mittels eines Drucksensors messbar.
  • Ein Anschlussstecker des Sensors ist vorzugsweise an einem zweiten Ende des Injektionsstößels angeordnet, welches dem ersten Ende gegenüberliegt. Dies ermöglicht eine einfache elektrische Kontaktierung des Sensors, wobei eine Verbindung zwischen dem Sensorkopf und dem Anschlussstecker problemlos durch ein Grundkörper des Injektionsstößels möglich ist.
  • Es ist weiterhin bevorzugt, dass der Injektionsstößel ein erstes Material und ein zweites Material aufweist. Der Sensor ist in dem ersten Material angeordnet, wobei nur sein Sensorkopf teilweise das zweite Material kontaktiert. Dieses bildet den Grundkörper des Injektionsstößels. Das zweite Material ist an einer Außenseite des Stößelkopfes angeordnet. Dadurch können dem Stößelkopf andere Eigenschaften verliehen werden, als dem restlichen Injektionsstößel. Außerdem ist die Anwesenheit des zweiten Materials vorteilhaft, um den Sensorkopf präzise im Injektionsstößel zu positionieren.
  • Besonders bevorzugt bildet eine Oberfläche des Sensorkopfs gemeinsam mit dem zweiten Material eine ebene Fläche. Dadurch verhält sich der Injektionstößel mechanisch gegenüber der Reagenzriegelkammer so wie ein Injektionsstößel, der keinen Sensor aufweist. Indem im zweiten Material eine Öffnung vorgesehen wird, die vollständig durch den Sensorkopf ausgefüllt wird, wird außerdem zum einen die Position des Sensorkopfs definiert und zum anderen eine Form vorgegeben, die anschließend mit dem ersten Material gefüllt werden kann.
  • Das erste Material weist vorzugsweise ein Polymer auf, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Polyamiden, Polyolefinen und Polybutylenterephthalat. Bevorzugte Polyolefine sind Polyethylen und Polypropylen. Weiterhin ist es bevorzugt, dass das erste Material mindestens einen Füllstoff aufweist, bei dem es sich um Glasfasern und/oder Mineralpulver handelt. Der Füllstoff macht vorzugsweise 30 Gew.-% bis 70 Gew.-% des ersten Materials aus. Dadurch ist das erste Material kostengünstig und weist gleichzeitig aufgrund seiner geringen Elastizität eine hohe mechanische Stabilität auf.
  • Das zweite Material ist bevorzugt ein Fluorpolymer, wie insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE). Dieses enthält vorzugsweise keine Füllstoffe, da diese abrasiv wirken könnten. Es ermöglicht eine genaue reproduzierbare Abformung der Oberfläche mit geringer Rauigkeit.
  • Der arithmetische Mittenrauwert der Oberfläche des Stößelkopfes beträgt insbesondere weniger als 10,0 µm, bevorzugt weniger als 4,0 µm, besonders bevorzugt weniger als 1,0 µm und ganz besonders bevorzugt weniger als 0,1 µm. Der arithmetische Mittenrauwert Ra ist eine Messgröße für die Rauheit der Oberfläche des Stößelkopfes und kann nach der Norm dienen EN ISO 4287:2010 gemessen werden. Diese geringe Oberflächenrauigkeit, welche deutlich unter der Oberflächenrauigkeit von mittels Zerspanung gefertigten Injektionsstößeln aus Metall liegt, bewirkt sehr geringe Reibungsverluste beim Kontakt mit der Membran eines Mikrofluidik-Analysesystems. Eine Verformung der Membran ohne Reibungsverluste oder Haftung ermöglicht eine zuverlässige Injektion des Inhalts der Reagenzriegelkammern in einen vorgesehenen Analysebereich des Mikrofluidik-Analysesystems mit konstanter Kraft und Geschwindigkeit.
  • Aufgrund der geringen Oberflächenrauigkeit des zweiten Materials und der damit einhergehenden geringen Haftung gegenüber dem ersten Material, ist es bevorzugt, dass das zweite Material ein Formschluss mit dem ersten Material eingeht. Hierzu weist das zweite Material, bevorzugt mindestens einen, besonders bevorzugt mehrere Hinterschnitte auf.
  • Ein Injektionsstößelpaket gemäß einem zweiten Aspekt weist mindestens einen Injektionsstößel gemäß dem ersten Aspekt auf, der einstückig mit einer Trägerplatte gefertigt ist. Neben dem mindestens einen Injektionsstößel gemäß dem ersten Aspekt, kann das Injektionsstößelpaket weitere Injektionsstößel aufweisen, die über keine Sensoren verfügen. Diese Injektionsstößel bestehen vorzugsweise aus denselben Materialien wie die Injektionsstößel gemäß dem ersten Aspekt, um allen Injektionsstößeln des Injektionsstößelpakets einheitliche mechanische Eigenschaften zu verleihen.
  • Es ist bevorzugt, dass das Injektionsstößelpaket mehrere Injektionsstößel gemäß dem ersten Aspekt aufweist, welche mindestens zwei unterschiedliche Sensoren aufweisen. Hierdurch ist es möglich, jeder Reagenzriedelkammer je nach enthaltenem Reagenz individuell unterschiedliche Sensoren zuzuordnen.
  • Wenn die Injektionsstößel gemäß dem ersten Aspekt ein erstes Material und ein zweites Material aufweisen, dann besteht die Trägerplatte vorzugsweise aus dem zweiten Material. Dies ermöglicht in einfacherer Weise die einstückige Fertigung der Injektionsstößel mit der Trägerplatte. Zudem weist das Injektionsstößelpaket dadurch gegenüber herkömmlichen Injektionsstößelpaketen eine deutlich verringerte Masse auf.
  • Gemäß einem dritten Aspekt erfolgt die Herstellung eines Injektionsstößelpakets gemäß dem zweiten Aspekt mittels Spritzgießens. Das Spritzgießen erfolgt in einem Mehrkavitäten-Spritzgießwerkzeug, in welchem ein Sensorkopf des Sensors einer Auswerferseite des Mehrkavitäten-Spitzgießwerkzeugs zugewandt wird. Anschließend kann der Sensor mit einer Kunststoffmasse umspritzt werden.
  • Wenn die Injektionsstößel des Injektionsstößelpakets zwei unterschiedliche Materialien aufweisen, dann ist es bevorzugt, dass das zweite Material zunächst in einem ersten Mehrkavitäten-Spritzgießwerkzeug geformt wird. Hierin können die Außenseiten von insbesondere vier oder mehr Stößelköpfen in einem Zyklus hergestellt werden, was die Kosten pro Bauteil deutlich reduziert. Diese werden anschließend in ein zweites Mehrkavitäten-Spritzgießwerkzeug eingesetzt. Der Sensorkopf jedes Sensors wird so in eine Öffnung des zweiten Materials eingeführt, dass er diese verschließt, bevor anschießend das erste Material in das zweite Mehrkavitäten-Spritzgießwerkzeug eingespritzt wird. Aufgrund der hohen Werkzeugtemperatur während des zweiten Spritzgießvorgangs dehnt sich das zweite Material aus und dichtet die Oberfläche jedes Sensorkopfs gegenüber dem flüssigen ersten Material ab. Anschlussstecker der Sensoren können auf einer Düsenseite der jeweiligen Kavität, in der sie angeordnet sind, in Steckerdummies mediendicht fixiert werden. Das erste Material füllt Hohlräume im zweiten Material aus, sodass die beiden Materialien, insbesondere über einen Formschluss, miteinander verbunden werden können. Insbesondere wenn ein Fluorpolymer als zweites Material verwendet wird, ist das Verfahren wegen der thermischen Beständigkeit des Fluorpolymers für eine Vielzahl erster Materialen problemlos durchführbar.
  • Das bereits ausgehärtete zweite Material wird hierbei vorzugsweise mittels als Unterdrucks in dem zweiten Mehrkavitäten-Spritzgießwerkzeug fixiert, um es in seiner Position zu halten. Der Unterdruck kann dabei vom ersten Ende der Injektionsstößel, also von der Seite der Stößelköpfe angelegt werden.
  • Gemäß einem vierten Aspekt, weist ein Mikrofluidikanalysesystem mehrere Hohlräume auf, die jeweils zur Aufnahme eines Reagenzriegels eingerichtet sind. Die Hohlräume werden jeweils durch eine Membran begrenzt. Ein Injektionsstößelpaket gemäß dem zweiten Aspekt ist so in dem Mikrofluidikanalysesystem angeordnet, dass jeder Injektionsstößel einer Membran zugewandt ist. Dadurch kann er die Membran deformieren, um Reagenzriegelkammern zu entleeren. Jeder Injektionsstößel der als Injektionsstößel gemäß dem ersten Aspekt ausgeführt ist und dessen Sensorkopf im Stößelkopf angeordnet ist, weist seinen Sensorkopf dabei einer Membran zu.
  • Das Mikrofluidikanalysesystem weist vorzugsweise ein Betätigungselement zum Bewegen der Injektionsstößel auf. Die Trägerplatte des Injektionsstößelpakets ist dabei insbesondere mittels Anbindungsöffnungen mit dem Betätigungselement verbunden, um dessen Verbindung auf die Injektionsstößel übertragen zu können. Eingriffelemente des Betätigungselements sind dabei so angeordnet, dass sie sich in Eingriffsöffnungen der Trägerplatte erstrecken.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
    • 1 zeigt eine isometrische Darstellung eines Injektionsstößelpakets gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    • 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Mikrofluidikanalysesystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    • 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Mehrkavitäten-Spritzgießwerkzeugs, welches in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird.
    • 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines anderen Mehrkavitäten-Spritzgießwerkzeugs, welches in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird.
    • 5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Injektionsstößelpakets gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches in einem Mehrkavitäten-Spritzgießwerkzeugs angeordnet ist.
    • 6 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Injektionsstößelpakets und eines Betätigungselements in einem Mikrofluidikanalysesystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Injektionsstößelpaket 10 bereitgestellt, welches neun Injektionsstößel 11 mit jeweils einem Stößelkopf 12 aufweist. Die Injektionsstößel 11 sind in drei Reihen und drei Spalten auf einer Trägerplatte 13 angeordnet und einstückig mit dieser verbunden.
  • Die Trägerplatte 13 weist sechs Anbindungsöffnungen 14 auf, um sie mit einem Betätigungselement eines Mikrofluidikanalysesystems verbinden zu können.
  • 2 zeigt wie das Injektionsstößelpaket 10 in ein Mikrofluidikanalysesystem 20 eingebaut werden kann. Ein Substrat 21 begrenzt drei Hohlräume 22a - 22c in dem Mikrofluidikanalysesystem 20, welches als Lab-on-Chip ausgeführt ist.
  • Die Hohlräume 22a - 22c werden zu ihrer Unterseite hin weiterhin durch eine elastische Kunststoffmembran 23 begrenzt. In jedem der Hohlräume 22a - 22c wird jeweils ein Reagenzriegel mit drei Reagenzriegelkammern angeordnet. Die jeweils vorderste Reagenzriegelkammer 30a - 30c in jedem der Hohlräume 22a - 22c ist in 2 dargestellt. Unterhalb der Membran 23 ist die Trägerplatte 13 des Injektionsstößelpakets 10 auf einem vertikal verfahrbaren Betätigungselement 24 angeordnet. Die Anbindungsöffnungen 14 der Trägerplatte 13 sind dabei jeweils oberhalb von Ausnehmungen im Betätigungselement 24 angeordnet. Dies ist in 2 für zwei der Anbindungsöffnungen 14a, 14b und zwei der Ausnehmungen 25a, 25b dargestellt. Durch nicht dargestellte Schrauben, die durch die Anbindungsöffnungen 14a, 14b in die Ausnehmungen 25a, 25b verlaufen und dort in ein Gewinde in den Ausnehmungen 25a, 25b eingreifen, ist die Trägerplatte fest mit dem Betätigungselement 24 verbunden. Wird das Betätigungselement 24 aus einer Ruheposition, in welcher die Membran 23 nicht ausgelenkt ist, nach oben verfahren, so deformieren die Injektionsstößel 11 die Membran 23, sodass sich die in 2 dargestellte Situation ergibt. Dabei ist aus jeder der drei Reihen von Injektionsstößeln 11 nur der jeweils vorderste Injektionsstößel 11a - 11c dargestellt. Dieser deformiert die Membran 23 jeweils so, dass er eine Versiegelung der jeweils vordersten Reagenzriegelkammer 30a - 30c jedes Reagenzriegels durchstößt und dessen Inhalt so in einen Analysebereich des Mikrofluidikanalysesystems injiziert. Die in dem Schnitt gemäß 2 nicht erkennbaren weiteren Injektionsstößel 11 durchstoßen gleichzeitig jeweils die beiden weiteren Reagenzriegelkammern jedes Reagenzriegels und injizieren auch deren Inhalte in den Analysebereich.
  • Die Herstellung des Injektionsstößelpakets 10 erfolgt in einem Spritzgießverfahren. Dabei wird jeder Injektionsstößel 11 aus einem ersten Material und einem zweiten Material hergestellt. Das erste Material ist beispielsweise PA6, welches zu 50 Gew. % mit Glasfasern verstärkt ist. Das zweite Material ist beispielweise PTFE, welches keine Füllstoffe enthält. Das zweite Material wird in der Plastifiziereinheit einer Spritzgussmaschine geschmolzen und mittels einer Schnecke durch eine Düse in ein erstes temperiertes Mehrkavitäten-Spritzgießwerkzeug 50 eingespritzt. Dies ist in 4 dargestellt. Das Mehrkavitäten-Spritzgießwerkzeug weist eine Auswerferseite 51 und eine Düsenseite 52 auf. In der Auswerferseite 51 sind neun Kavitäten 53 angeordnet, die der Form der Außenseite der Stößelköpfe 12 entsprechen. Durch die Oberflächenbeschaffenheit der Kavitäten 53 wird eine Oberflächenrauigkeit der Stößelköpfe 12 an ihrer Stirnseite erzeugt, welche einem arithmetische Mittenrauwert von weniger 0,1 µm entspricht. Außerdem weist die Auswerferseite 51 einen Auswerfer 54 auf. Die Düsenseite 52 weist neun Drehgewindeformkerne 55 auf, die sich jeweils bis in eine der Kavitäten 53 der Auswerferseite 51 hinein erstrecken. Einige dieser Drehgewindeformkerne 55 sind so geformt, dass das zweite Material 42 der jeweiligen Außenseite eines Stößelkopfs 12 an seiner Stirnseite eine durchgehende Fläche bildet. Dies ist in 3 auf der rechten Seite dargestellt. Andere Drehgewindeformkerne 55 weisen einen kreiszylinderförmigen Vorsprung auf, durch welchen in einer Stirnseite des jeweiligen Stößelkopfs 12 eine Öffnung im zweiten Material 42 erzeugt wird. Dies ist in 3 auf der linken Seite dargestellt. Über einen Anguss 56 in der Düsenseite 52 gelangt das geschmolzene zweite Material in die Kavitäten 53. Nach einer Abkühlzeit wird die Auswerferseite 51 von der Düsenseite 52 getrennt und die Auszeiten der Stößelköpfe 12, die aus dem zweiten Material 42 gebildet wurden, werden mittels des Auswerfers 54 in der Auswerferseite 51 des ersten Mehrkavitäten-Spritzgießwerkzeugs 50 aus diesem ausgeworfen. Nach vollständigem Abkühlen des zweiten Materials 42 werden die einzelnen Außenseiten der Stößelköpfe 12 durch Entfernen der Angussverteiler vereinzelt.
  • Zur Vervollständigung des Injektionsstößelpakets 10 wird ein zweites Mehrkavitäten-Spritzgießwerkzeug 60 verwendet. Dieses ist in 4 dargestellt. Es weist ebenfalls eine Auswerferseite 61 und eine Düsenseite 62 auf. In der Auswerferseite 61 ist eine Kavität in Form des Injektionsstößelpakets 10 ausgebildet. Dieses weist neun Teilkavitäten auf, deren Formen den einzelnen Injektionsstößeln 11 entsprechen. In jeder dieser Teilkavitäten wird einer der Außenseiten eines Stößelkopfes 12, die aus dem zweiten Material 42 gefertigt wurde so angeordnet, dass ihr Hohlraum der Düsenseite 62 zugewandt ist. Dabei kontaktiert das zweite Material 42 jeweils einen Kanal 63 in der Auswerferseite 61, in dem jeweils ein Auswerfer 64 angeordnet ist. Die Auswerfer 64 füllen die Kanäle 63 nicht vollständig aus. In allen Teilkavitäten, in denen eine Außenseite eines Stößelkopfes 12 mit einer Öffnung angeordnet wurde, wird ein Sensor 70 so angeordnet, dass sein Sensorkopf 71 die Öffnung ausfüllt, wobei aufgrund einer Übergangspassung ein Luftspalt zwischen den Sensorkopf 71 und dem zweiten Material 42 verbleiben kann. Ein Anschlussstecker 72 jedes Sensors 70 wird an der dem Sensorkopf 71 gegenüberliegenden Seite der Teilkavität angeordnet und dort Mediendicht mit einem Steckerdummy verschlossen. Zur Positionierung des Anschlusssteckers 72 und eines Kabels, das den Anschlussstecker 72 mit dem Sensorkopf 71 verbindet, sind nicht dargestellte Stützabsätze vorgesehen. Dies ist in 4 auf der rechten Seite und auf der linken Seite für zwei unterschiedliche Sensoren 70 gezeigt, während in der Mitte kein Sensor vorgesehen ist. Das zweite Mehrkavitäten-Spritzgießwerkzeug 60 wird auf eine Temperatur im Bereich 80°C bis 120°C temperiert, wodurch sich das zweite Material 42 ausdehnt. Dadurch werden die Sensorköpfe 71 jeweils fluiddicht umschlossen. In den Kanälen 63 wird nun ein Unterdruck erzeugt, der das zweite Material 42 und die Sensorköpfe 71 in ihrer Position halten kann. Anschließend wird die Kavität durch einen Heißkanal 65 mit Nadelverschluss 66 mit einer Schmelze des ersten Materials 41 befüllt. Dies ist in 5 dargestellt. Eine Oberflächenrauigkeit des ersten Materials 41 von mehr als 1,0 µm wird dabei durch die Oberflächenbeschaffenheit der Kavität erzeugt. Vorsprünge der Düsenseite 62 ragen so in die Teilkavitäten der Injektionsstöße 11 hinein, welche keinen Sensor 70 aufweisen, dass sich in jedem jeweiligen Injektionsstößel 11 eine Eingriffsöffnung 15 bildet, die sich jeweils durch die Trägerplatte 13 hindurch erstreckt. Da das zweite Material 42 aufgrund der Oberflächenbeschaffenheit der Drehgewindeformkerne 55 an seiner Innenseite Hinterschnitte in Form eines Drehgewindes aufweist, erfolgt beim Abkühlen des ersten Materials 41 eine formschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Material 41 und dem zweiten Material 42. Vorsprünge 16 werden aus dem ersten Material 41 gebildet und greifen so in Öffnungen im zweiten Material 42 ein, dass sie als Verdrehsicherungen fungieren. Nach einer Abkühlzeit wird die Auswerferseite 62 von der Düsenseite 61 getrennt und das Injektionsstößelpaket 10 mittels der Auswerfer 64 in der Auswerferseite 61 des zweiten Mehrkavitäten-Spritzgießwerkzeug aus diesem ausgeworfen. Nach vollständigem Abkühlen wird das Injektionsstößelpaket 10 mit dem Betätigungselement 24 zusammengesetzt.
  • 6 zeigt diesen zusammengebauten Zustand. Wie bereits in 2 dargestellt, sind Anbindungsöffnungen 14 der Trägerplatte 13 jeweils oberhalb von Ausnehmungen 25 im Betätigungselement 24 angeordnet, um die Trägerplatte 13 mit dem Betätigungselement 24 zu verbinden. Außerdem weist das Betätigungselement 24 Eingriffelemente 26 auf, die sich in jene Injektionsstößel 11 hineinerstrecken, welche eine Eingriffsöffnung 15 aufweisen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102019200109 A1 [0004]

Claims (12)

  1. Injektionsstößel (11, 11a-c) zum Entleeren einer Reagenzriegelkammer (30a-30c) in ein Mikrofluidik-Analysesystem (20), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor (70) in dem Injektionsstößel (11) angeordnet ist.
  2. Injektionsstößel (11, 11a-c) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (70) ein Drucksensor und/oder ein Temperatursensor und/oder ein photoelektrischer Sensor und/oder ein Füllstandsensor ist.
  3. Injektionsstößel (11, 11a-c) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er an einem ersten Ende einen Stößelkopf (12) aufweist, in dem ein Sensorkopf (71) des Sensors (70) angeordnet ist.
  4. Injektionsstößel (11, 11a-c) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschlussstecker (72) des Sensors (70) an einem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende des Injektionsstößels (11, 11a-c) angeordnet ist.
  5. Injektionsstößel (11, 11a-c) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass er ein erstes Material (41) und ein zweites Material (42) aufweist, wobei der Sensor (70) so in dem ersten Material (41) angeordnet ist, dass nur sein Sensorkopf teilweise das zweite Material kontaktiert, und das zweite Material (42) an einer Außenseite des Stößelkopfes (12) angeordnet ist.
  6. Injektionsstößel (11, 11a-c) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche des Sensorkopfs (71) gemeinsam mit dem zweiten Material (42) eine ebene Fläche bildet.
  7. Injektionsstößel (11, 11a-c) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material (41) ein Polymer aufweist, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Polyamiden, Polyolefinen und Polybutylenterephthalat, und dass das zweite Material (42) ein Fluorpolymer ist.
  8. Injektionsstößelpaket (10) aufweisend mindestens einen Injektionsstößel (11, 11a-c), insbesondere mehrere Injektionsstößel (11, 11a-c) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, der/die einstückig mit einer Trägerplatte (13) gefertigt ist/sind.
  9. Injektionsstößelpaket (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es mehrere Injektionsstößel (11, 11a-c) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist, welche mindestens zwei unterschiedliche Sensoren (70) aufweisen.
  10. Injektionsstößelpaket (10) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektionsstößel (11, 11a-c) Injektionsstößel (11, 11a-c) nach einem der Ansprüche 5 bis 7 sind und die Trägerplatte (13) aus dem zweiten Material (42) besteht.
  11. Verfahren zur Herstellung eines Injektionsstößelpakets (10) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, worin die Herstellung mittels Spritzgießens in einem Mehrkavitäten-Spritzgießwerkzeug (60) erfolgt, in welchem ein Sensorkopf (71) des Sensors (70) einer Auswerferseite (61) des Mehrkavitäten-Spritzgießwerkzeug (61) zugewandt wird.
  12. Mikrofluidik-Analysesystem (20), aufweisend mehrere Hohlräume (22a-c), die jeweils zur Aufnahme eines Reagenzriegels eingerichtet sind und die jeweils durch eine Membran (23) begrenzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Injektionsstößelpaket (10) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10 so angeordnet ist, dass jeder Injektionsstößel (11, 11a-c) einer Membran (23) zugewandt ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB2555816A (en) 2016-11-10 2018-05-16 Natural Environment Res Council Analyser
DE102019200109A1 (de) 2019-01-08 2020-07-09 Robert Bosch Gmbh Mikrofluidische Vorrichtung und Analysegerät für eine mikrofluidische Vorrichtung
WO2022122489A1 (de) 2020-12-09 2022-06-16 Robert Bosch Gmbh INJEKTIONSSTÖßELPAKET FÜR EIN MIKROFLUIDIK-ANALYSESYSTEM SOWIE VERFAHREN UND MEHRKAVITÄTEN-SPRITZGIEßWERKZEUG ZU SEINER HERSTELLUNG

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2555816A (en) 2016-11-10 2018-05-16 Natural Environment Res Council Analyser
DE102019200109A1 (de) 2019-01-08 2020-07-09 Robert Bosch Gmbh Mikrofluidische Vorrichtung und Analysegerät für eine mikrofluidische Vorrichtung
WO2022122489A1 (de) 2020-12-09 2022-06-16 Robert Bosch Gmbh INJEKTIONSSTÖßELPAKET FÜR EIN MIKROFLUIDIK-ANALYSESYSTEM SOWIE VERFAHREN UND MEHRKAVITÄTEN-SPRITZGIEßWERKZEUG ZU SEINER HERSTELLUNG

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