DE19733108A1

DE19733108A1 - Filter

Info

Publication number: DE19733108A1
Application number: DE1997133108
Authority: DE
Inventors: Frank Dr Bartels; Bernd Dr Pevec
Original assignee: Bartels Mikrotechnik GmbH
Current assignee: Bartels Mikrotechnik GmbH
Priority date: 1997-07-31
Filing date: 1997-07-31
Publication date: 1999-02-18
Anticipated expiration: 2017-08-01
Also published as: DE19733108C2

Abstract

The filter separation unit (2), with a number of catch structures (21) in the sub mu m range, has elemental cells (22) formed by at least two neighbouring catch structures (21). The cells are arranged periodically on one plane.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Trennvorrichtung nach dem einführenden Teil der nebengeordneten Ansprüche 1 und 2.The present invention relates to a separation device according to the introductory part of the independent claims 1 and 2.

Bei physikalischen, chemischen, biologischen und medizinischen Untersuchungen, die das Ziel haben, bestimmte Stoffe in ihrer Qualität und/oder Quantität nachzuweisen, oder die das Ziel haben, bestimmte Stoffe von anderen Stoffen zu sortieren, wird neben anderer physikalischen, chemischen, biologischen oder medizinischen Parametern die Partikelgröße der nachzuweisenden und/oder zu sortierenden Stoffe als Qualitätskriterium für den Nachweis und/oder als Auswahlkriterium für die Sortierung verwendet. Für die Trennung von Stoffen in Partikelgrößen im Subµm-Bereich nach deren Partikelgröße stehen herkömmliche Trennvorrichtungen zur Verfügung, die als Filter bezeichnet werden. Als derartige herkömmliche Filter sind Filze, Papierfilter, Zellstoffilter, Filterfolien, Filtermembrane aus z. B. Zelluloseacetat, Polycarbonat und hydrophilisierten PDV und keramische Filter bekannt. Fig. 1 zeigt stark vergrößert die schematische Struktur herkömmlicher Filter 1 mit Partikeln 11, innerhalb der Filterstruktur. Herkömmliche Filter weisen keine exakt definierte Porengröße auf, sondern bestehen aus einem statistischen Gefüge von innerhalb einer gewissen Bandbreite schwankenden Porengrößen und Kanälen, die innerhalb einer Matrix statistisch verteilt sind, so daß gefilterte Partikel 11 mit einer Größe, die ebenfalls innerhalb einer gewissen Bandbreite liegt, an verschiedenen Stellen innerhalb des Filters oder an dessen Eintrittsoberfläche O gefangen werden. Maß für die Qualität derartiger Filter sind also Porengröße, Bandbreite der Porengröße und deren statistische Verteilung und Dicke d des Filters in Durchflußrichtung (Pfeil) der zu untersuchenden Partikel, sowie Breite b senkrecht zur Durchflußrichtung der zu untersuchenden Partikel.Physical, chemical, biological and medical examinations, which aim to prove certain substances in their quality and / or quantity, or which aim to sort certain substances from other substances, include, among others, physical, chemical, biological or medical Parameters used the particle size of the substances to be detected and / or to be sorted as a quality criterion for the detection and / or as a selection criterion for the sorting. For the separation of substances in particle sizes in the sub-µm range according to their particle size, conventional separation devices are available, which are referred to as filters. As such conventional filters are felts, paper filters, cellulose filters, filter foils, filter membranes made of e.g. B. cellulose acetate, polycarbonate and hydrophilized PDV and ceramic filters are known. Fig. 1 shows a greatly enlarged schematic structure of conventional filters 1 with particles 11 within the filter structure. Conventional filters do not have a precisely defined pore size, but consist of a statistical structure of pore sizes and channels fluctuating within a certain bandwidth, which are statistically distributed within a matrix, so that filtered particles 11 with a size that is also within a certain range, be caught at various points within the filter or at its inlet surface O. A measure of the quality of such filters are therefore pore size, bandwidth of the pore size and their statistical distribution and thickness d of the filter in the flow direction (arrow) of the particles to be examined, and width b perpendicular to the flow direction of the particles to be examined.

Aufgrund ihrer vorstehend beschriebenen Struktur weisen herkömmliche Filter jedoch die folgenden Nachteile auf:
Wegen der statistisch verteilten Porengröße von gewisser Bandbreite ist die Trennschärfe gering. Aus dem gleichen Grund sind herkömmliche Filter analytisch nicht exakt zu erfassen und werden daher meist für qualitative Untersuchungen eingesetzt. Bei Verfahren, die das Ziel haben, über das Kriterium der Partikelgröße neben qualitativen Aussagen auch quantitative Aussagen zu machen (z. B. Nachweis von Substanzen über die Nutzung von Immunreaktionen [Immuno assay]) liefert eine geeignete Staffelung verschiedener Filterelemente hintereinander mit dazwischenliegenden geeigneten Kontrollabschnitten aufgrund der geringen Trennschärfe und der statistischen Anordnung der Poren herkömmlicher Filter nur semi-quantitative Aussagen. Dadurch, daß sich bei herkömmlichen Filtern Partikel betreffender Größe innerhalb der Filtermembran verfangen, kommt es leicht zu unerwünschten vollständigen oder lokal begrenzten Verstopfungen, wodurch auch kleinere Partikel unbeabsichtigt in der Filtermatrix zurückgehalten werden und die Trennschärfe weiter unerwünscht reduziert wird. Aus dem gleichen Grund der statistisch angeordneten Poren, mit Tendenz zur Verstopfung sind herkömmliche Filter gar nicht oder nur unzureichend zu reinigen und damit nicht wieder verwendbar oder in komplexen Untersuchungen einzusetzen, für die ein oder mehrere Spülungen nötig sind, um zu einem Analyseergebnis zu gelangen.However, due to the structure described above, conventional filters have the following disadvantages:
Because of the statistically distributed pore size of a certain bandwidth, the selectivity is low. For the same reason, conventional filters cannot be recorded analytically and are therefore mostly used for qualitative examinations. In the case of methods which aim to make quantitative statements about the criterion of particle size in addition to qualitative statements (e.g. detection of substances through the use of immune reactions [immunoassay]), a suitable staggering of different filter elements with successive control sections in between provides them due to the low selectivity and the statistical arrangement of the pores of conventional filters, only semi-quantitative statements. Because conventional filters have particles of a particular size caught in the filter membrane, undesirable complete or localized blockages easily occur, as a result of which even smaller particles are inadvertently retained in the filter matrix and the selectivity is further undesirably reduced. For the same reason, because of the statistically arranged pores, with a tendency to clog, conventional filters cannot be cleaned at all or only insufficiently, and therefore cannot be reused or used in complex examinations, for which one or more rinses are necessary in order to arrive at an analysis result.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die vorstehenden Nachteile herkömmlicher als Trennvorrichtung fungierender Filter zu beseitigen, und eine Trennvorrichtung für physikalische, chemische, biologische und medizinische Untersuchungen bereitzustellen, die von verbesserter möglichst exakter, kalkulierbarer Trennschärfe ist, die analytisch exakt zu erfassen ist, die quantitative Untersuchungen basierend auf der Materialeigenschaft Partikelgröße im Sub-µm- Bereich ermöglicht, die nicht zu Verstopfungen neigt, die rückspülbar und wiederverwendbar ist, und die bei Analyseverfahren eingesetzt werden kann, die ein oder mehrere Spülungen erforderlich machen.The object of the present invention is therefore to overcome the above disadvantages conventional filter to act as a separator, and a Separating device for physical, chemical, biological and medical To provide examinations that are as precise as possible calculable selectivity, which can be recorded analytically, is quantitative Investigations based on the material property particle size in the sub-µm Allows area that is not prone to clogging, that is backwashable and is reusable, and which can be used in analytical processes that require one or more rinses.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird mit den Merkmalen der kennzeichnenden Teile der unabhängigen Ansprüche 1 und 2 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüche und/oder der nachfolgenden Beschreibung erwähnt, die von schematischen Zeichnungen begleitet wird. Hierzu zeigt:The object of the present invention is achieved with the features of characterizing parts of independent claims 1 and 2 solved. Beneficial Embodiments of the present invention are in the subclaims and / or the following description mentions that of schematic drawings is accompanied. This shows:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine herkömmliche Filtermembran parallel zur Durchflußrichtung in vergrößerter Darstellung; 1 shows a section through a conventional filter membrane parallel to the flow direction in an enlarged view.

Fig. 2a einen Schnitt durch eine erste erfindungsgemäße Trennvorrichtung parallel zur Durchflußrichtung in vergrößerter Darstellung; FIG. 2a shows a section through a first inventive separator parallel to the flow direction in an enlarged representation;

Fig. 2b einen Schnitt durch die Trennvorrichtung von Fig. 2a senkrecht zur Durchflußrichtung entlang der Linie I-I'; . Fig. 2b is a section through the separating device of Figure 2a perpendicular to the flow direction along the line I-I ';

Fig. 2c einen Schnitt durch die Trennvorrichtung von Fig. 2a senkrecht zur Durchflußrichtung entlang der Linie II-II'; . Fig. 2c shows a section through the separating device of Figure 2a perpendicular to the flow direction along the line II-II ';

Fig. 2d eine vergrößerte Fangstruktur der Trennvorrichtung von Fig. 2a mit einem idealisierten Partikel; FIG. 2d shows an enlarged catch structure of the separating device from FIG. 2a with an idealized particle;

Fig. 2e eine vergrößerte Elementarzelle der Trennvorrichtung von Fig. 2a; FIG. 2e shows an enlarged unit cell of the separating device from FIG. 2a;

Fig. 3 weitere erfindungsgemäße Fangstrukturen in stark vergrößerter Darstellung; Fig. 3 additional fishing structures according to the invention in a greatly enlarged illustration;

Fig. 4 den Schnitt parallel zur Durchflußrichtung durch eine weitere erfindungsgemäße zweidimensionale Trennvorrichtung; Fig. 4 is a section parallel to the direction of flow by a further inventive two-dimensional separation device;

Fig. 5 die Elementarzelle von Fig. 2e, die zusätzlich mit Durchflußsteuerungseinheiten bzw. Spülungssteuerungseinheiten versehen ist; FIG. 5 shows the unit cell from FIG. 2e, which is additionally provided with flow control units or flushing control units;

Fig. 6 eine erfindungsgemäße dreidimensionale Trennvorrichtung, bestehend aus übereinander angeordneten zweidimensionalen erfindungsgemäßen Trennvorrichtungen in perspektivischer Darstellung; Fig. 6 is a three-dimensional separation device according to the invention, consisting of superposed two-dimensional separation devices according to the invention in perspective view;

Fig. 7 die Heidelberger Beziehung. Fig. 7 shows the Heidelberg relationship.

Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist, Trennvorrichtungen für die Sortierung und/oder den Nachweis von Partikeln im Sub-um Bereich bereitzustellen, die in ihrer Trennfunktion, d. h. Trennschärfe, Aufnahmevolumen und Kapillarität (Durchflußvermögen) kalkulierbar ist.The basic idea of the present invention is to provide separation devices for the Sorting and / or detection of particles in the sub-um range to provide the separation function, d. H. Selectivity, recording volume and capillarity (flow capacity) can be calculated.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben:The present invention is explained below using exemplary embodiments described:

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung als eine erste Ausführung der vorliegenden Erfindung die Trennvorrichtung 2 mit einer Vielzahl von Fangstrukturen 21. Erfindungsgemäß sind die Fangstrukturen 21 derart in einer Ebene angeordnet, daß mindestens zwei benachbarte Fangstrukturen 21 Elementarzellen 22 bilden, die periodisch wiederkehrend in X und Y-Richtung in einer Ebene angeordnet sind, und in ihrer Gesamtheit eine zweidimensionale Trennvorrichtung bilden. In Fig. 2 ist die Dicke der Trennvorrichtung 2 in Durchflußrichtung mit LY gekennzeichnet, die Durchflußrichtung ist parallel zur Y- Richtung und senkrecht zur X-Richtung, und die Elementarzelle 22, durch deren translatorische Verschiebung in X und Y-Richtung alle Fangstrukturen 21 der Trennvorrichtung 2 erfindungsgemäß miteinander in Deckung gebracht werden können, besteht in dieser Ausführung der vorliegenden Erfindung aus vier Fangstrukturen 21, die in der Figur von einer gepunkteten Linie eingerahmt sind. Die Fangstrukturen 21 bestehen vorzugsweise aus zwei Stegen 211 und 212, die in einem Winkel α, α' zur Durchflußrichtung Y derart zueinander angeordnet sind, daß sie ein unten offenes V bilden. Die Stege der Fangstruktur 21 sind auf der Grundplatte 23 angeordnet, die die Stege trägt und die Trennvorrichtung nach unten abschließt. Vorteilhafterweise sind die Stege der Fangstruktur 21 mit der Grundplatte 23 einstückig. Fig. 2b zeigt einen Schnitt senkrecht zur Durchflußrichtung Y entlang der Linie I-I' in Fig. 2a und Fig. 2c zeigt einen Schnitt der Linie II-II' in Fig. 2 a. Fig. 2d zeigt in vergrößerter Darstellung die Fangstruktur 21 bestehend aus den beiden Stegen 211 und 212 und ein Partikel P, dessen idealisierter Durchmesser auf 1 normiert ist. Der auf 1 normierte Durchmesser steht hier für Partikel mit einem idealisierten Durchmesser von 10 bis 1000 nm. Wie in Fig. 2b und 2c dargestellt ist die Trennvorrichtung 2 mit einer Abdeckung 24 versehen; es ist klar, daß die Trennvorrichtung 2 außerdem nicht dargestellte seitliche Wände aufweist und nur in Durchflußrichtung offen ist. FIG. 2 shows, in a schematic representation as a first embodiment of the present invention, the separating device 2 with a large number of catch structures 21 . According to the invention, the catch structures 21 are arranged in one plane in such a way that at least two adjacent catch structures 21 form elementary cells 22 , which are arranged periodically in one plane in the X and Y directions, and in their entirety form a two-dimensional separating device. In Fig. 2, the thickness of the separator 2 is marked in the flow direction with LY, the flow direction is parallel to the Y direction and perpendicular to the X direction, and the unit cell 22 , due to its translational displacement in the X and Y direction, all capture structures 21 of In this embodiment of the present invention, separating device 2 can be brought into coincidence with one another in this embodiment of four catch structures 21 , which are framed in the figure by a dotted line. The capture structures 21 preferably consist of two webs 211 and 212 , which are arranged at an angle α, α 'to the flow direction Y such that they form a V open at the bottom. The webs of the catch structure 21 are arranged on the base plate 23 , which supports the webs and closes the separating device at the bottom. The webs of the catch structure 21 are advantageously in one piece with the base plate 23 . Fig. 2b shows a section perpendicular to the flow direction Y along the line II 'in Fig. 2a and Fig. 2c shows a section of the line II-II' in Fig. 2a. Fig. 2d shows an enlarged representation of the catch structure 21 consisting of the two webs 211 and 212 and a particle P whose idealized diameter is normalized to 1. The diameter standardized to 1 here stands for particles with an idealized diameter of 10 to 1000 nm. As shown in FIGS. 2b and 2c, the separating device 2 is provided with a cover 24 ; it is clear that the separator 2 also has side walls, not shown, and is only open in the direction of flow.

Für den Nachweis und/oder die Sortierung des Partikels P und der Kalkulation der Trennschärfe spielen die folgenden Parameter eine Rolle:
The following parameters play a role in the detection and / or sorting of the particle P and the calculation of the selectivity:

Länge LS der Stege,
Mittelpunktsabstand MA der Stege,
Neigung der Stege bezüglich der Durchflußrichtung Y (α, α'),
Eingangsöffnung der Stege EO,
Ausgangsöffnung der Stege AO.Length LS of the webs,
Center distance MA of the webs,
Inclination of the webs with respect to the flow direction Y (α, α '),
Entrance opening of the webs EO,
Exit opening of the webs AO.

Durch die Variation der vorstehenden Parameter wird erfindungsgemäß die Trennschärfe der Trennvorrichtung 2 eingestellt, wobei die vorstehenden Parameter erfindungsgemäß in den nachfolgenden Bereichen variiert werden:
By varying the above parameters, the selectivity of the separating device 2 is set according to the invention, the above parameters being varied according to the invention in the following areas:

(normiert auf Radius P = 1)
LS = 0,5 bis 1,5
AO = 0,5 bis < 1
EO = ≧ 1 bis 2
α, α' = 10° bis 45°
MA = 1 bis 2.(normalized to radius P = 1)
LS = 0.5 to 1.5
AO = 0.5 to <1
EO = ≧ 1 to 2
α, α '= 10 ° to 45 °
MA = 1 to 2.

Durch geeignete Variation der vorstehenden Parameter LS, MA, α, α' läßt sich nun erfindungsgemäß eine an die jeweilige Aufgabenstellung angepaßte jeweils gewünschte Trennschärfe der Fangstruktur 31 einstellen.By suitable variation of the above parameters LS, MA, α, α ', according to the invention a desired selectivity of the catch structure 31 can be adjusted according to the respective task.

Zum Beispiel werden bei
For example, at

LS = 2,
MA = 1,
α = α' = 45°, die Eingangsöffnung EO = 1,7 und die Ausgangsöffnung AO = 0,3.LS = 2,
MA = 1,
α = α '= 45 °, the inlet opening EO = 1.7 and the outlet opening AO = 0.3.

Das bedeutet, daß bei der vorstehend gewählten Einstellung der Parameter LS, , α, α' Partikel des 0,3 bis 1,7-fachen des ∅ des Partikels P von der Fangstruktur 21 erfaßt werden. This means that with the setting of the parameters LS,, α, α 'selected above, particles of 0.3 to 1.7 times the ∅ of the particle P are detected by the capture structure 21 .

Bei
At

LS = 2,
MA = 1 und
α = α' = 10°
LS = 2,
MA = 1 and
α = α '= 10 °

wird die Eingangsöffnung EO = 1,2 und die Ausgangsöffnung AO = 0,8, was bedeutet, daß von der Fangstruktur Partikel des 0,8 bis 1,2-fachen des ∅ des Partikels P erfaßt werden.the inlet opening EO = 1.2 and the outlet opening AO = 0.8, which means that particles of 0.8 to 1.2 times the ∅ of the catch structure Particle P can be detected.

Für die Trennschärfe der Trennvorrichtung 2 sind die weiteren Parameter von Bedeutung, die sich auf die Anordnung der Fangstrukturen 21 in der Elementarzelle 22 beziehen, wie in Fig. 2e dargestellt ist.The other parameters which relate to the arrangement of the capture structures 21 in the unit cell 22 are of importance for the selectivity of the separating device 2 , as shown in FIG. 2e.

AMFX wird als Abstand der Mittelpunkte zweier benachbarter Fangstrukturen in X-Richtung (senkrecht zur Durchflußrichtung) bezeichnet.AMFX is the distance between the centers of two adjacent capture structures in X direction (perpendicular to the flow direction).

AMFY wird als Abstand der Mittelpunkte zweier benachbarter Fangstrukturen in Y-Richtung (parallel zur Durchflußrichtung) bezeichnet.AMFY is the distance between the centers of two neighboring capture structures in Y direction (parallel to the flow direction).

Vorteilhafterweise sind AMFX und AMFY derart gewählt, daß sich ein kontrollierter Nebenfluß ergibt, wodurch erfindungsgemäß sichergestellt wird, daß die Trennvorrichtung 2 nicht verstopfen kann und rückspülbar ist. Bei einer nachzuweisenden und/oder zu sortierenden Partikelgröße mit dem idealisierten Durchmesser des Partikels = 1 ergeben sich durch die folgende Beziehung besonders vorteilhafte Abstände.
Advantageously, AMFX and AMFY are selected in such a way that there is a controlled tributary, which ensures according to the invention that the separating device 2 cannot become blocked and can be backwashed. With a particle size to be detected and / or sorted with the idealized diameter of the particle = 1, the following relationship results in particularly advantageous distances.

AMFX²+AMFY²=2-10.AMFX ² + AMFY ² = 2-10.

Bei der in Fig. 2e dargestellten Ausführung der Elementarzelle 22 mit den Fangstrukturen 21 und den Parametern LS = 2, MA = 1, α = α' = 45°, EO = 1,7, AO = 0,3, ergibt sich für einen kontrollierten Nebenfluß, wenn AMFX = 5 und AMFY = 5 gesetzt werden, daß jeweils 2 Partikel mit einem Durchmesser von 1,7 (dem größten Partikel, das sicher von der Fangstruktur erfaßt wird) gleichzeitig ungehindert zwischen zwei Fangstrukturen passieren können.In the embodiment of the elementary cell 22 shown in FIG. 2e with the capture structures 21 and the parameters LS = 2, MA = 1, α = α '= 45 °, EO = 1.7, AO = 0.3, the result for one controlled tributary, if AMFX = 5 and AMFY = 5 are set, that 2 particles with a diameter of 1.7 (the largest particle that can be safely captured by the capture structure) can pass freely between two capture structures at the same time.

Die Trennvorrichtung 2 besteht aus einen Vielzahl von Fangstrukturen 21, wobei in dieser Ausführung vier benachbarte Fangstrukturen 21 die Elementarzelle 22 bilden, die periodisch in einer Ebene angeordnet ist. Hierbei bestehen die Fangstrukturen 21 aus zwei Stegen 211 und 212, die V-förmig vorteilhaft derart angeordnet sind, daß bei einem auf 1 normierten Partikeldurchmesser die folgenden Parameter in den Bereichen wie folgt variiert werden.The separating device 2 consists of a multiplicity of catch structures 21 , with four adjacent catch structures 21 forming the unit cell 22 in this embodiment, which is arranged periodically in one plane. Here, the capture structures 21 consist of two webs 211 and 212 , which are advantageously arranged in a V-shape such that the following parameters are varied in the areas as follows in the case of a particle diameter standardized to 1.

LS = 0,5 bis 1,5
AO = 0,5 bis < 1
EO = < 1 bis 2
α, α' = 10° bis 45°
MA = 1 bis 2.LS = 0.5 to 1.5
AO = 0.5 to <1
EO = <1 to 2
α, α '= 10 ° to 45 °
MA = 1 to 2.

Durch die Variation der vorstehenden Parameter in den angegebenen auf den Partikeldurchmesser bezogenen Bereichen läßt sich vorteilhaft die Trennschärfe der Fangstruktur 31 einstellen. Weiterhin sind die Fangstrukturen 21 vorteilhaft derart in der Elementarzelle 22 angeordnet, daß bei dem auf 1 normierten Durchmesser des nachzuweisenden und/oder zu detektierenden Partikels P die folgende Beziehung gilt:
By varying the above parameters in the specified ranges related to the particle diameter, the selectivity of the capture structure 31 can advantageously be set. Furthermore, the capture structures 21 are advantageously arranged in the elementary cell 22 such that the following relationship applies to the diameter P of the particle P to be detected and / or detected, which is standardized:

AMFX²+AMFY²=2-10.AMFX ² + AMFY ² = 2-10.

Über die Variation der Parameter AMFX und AMFY innerhalb des Bereiches, der durch die vorstehende Gleichung gegeben ist, läßt sich vorteilhaft ein an die jeweilige Aufgabenstellung angepaßter Nebenfluß einstellen.By varying the parameters AMFX and AMFY within the range that is given by the above equation, one can advantageously to the Adjust the respective tributary to the respective task.

Die weiteren Trennschärfe und Nebenfluß und Kapillarität der Trennvorrichtung 2 beeinflussenden Parameter sind:
The other selectivity and tributary and capillarity parameters influencing the separating device 2 are:

BS: Breite der Stege,
H: Höhe der Stege,
NF: Anzahl der Fangstrukturen,
NFE: Anzahl der Fangstrukturen µm Elementarzelle,
NE: Anzahl der Elementarzellen.
EX: Größe der Elementarzelle in X-Richtung,
EY: Größe der Elementarzelle in Y-Richtung,
LY: Länge der Trennvorrichtung in Durchflußrichtung,
LX: Breite der Trennvorrichtung in Durchflußrichtung.BS: width of the webs,
H: height of the webs,
NF: number of catch structures,
NFE: number of capture structures µm unit cell,
NE: Number of unit cells.
EX: size of the unit cell in the X direction,
EY: size of the unit cell in the Y direction,
LY: length of the separator in the flow direction,
LX: width of the separator in the flow direction.

Die vorstehenden Parameter werden bei maximal zu detektierenden Partikeln in der Probe NP und einem auf den Partikeldurchmesser = 1 normierter nachzuweisender und/oder zu sortierender Partikelgröße erfindungsgemäß in den folgenden Bereichen variiert:
The above parameters are varied according to the invention in the following areas in the case of the maximum number of particles to be detected in the sample NP and a particle size to be detected and / or sorted according to the particle diameter = 1:

BS = 1/50 bis 1/10;
H = 2 bis 10;
NF = (1/2 bis 5) NP;
hierbei gilt:
NE = NF/NFE;
EX = AMFX;
EY = AMFY
LY×LX = AMFX×AMFY×NE.BS = 1/50 to 1/10;
H = 2 to 10;
NF = (1/2 to 5) NP;
the following applies:
NE = NF / NFE;
EX = AMFX;
EY = AMFY
LY × LX = AMFX × AMFY × NE.

Es ist klar, daß das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel einer vorteilhaften Trennvorrichtung im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf vielfältige Art und Weise verändert werden kann, ohne den allgemeinen Erfindungsgedanken, eine Trennvorrichtung bereitzustellen, die aus einer Vielzahl Fangstrukturen im Sub-µm Bereich besteht, wobei mindestens zwei benachbarte Fangstrukturen Elementarzellen bilden, die periodisch in einer Ebene derart angeordnet sind, daß sie durch gedankliche Verschiebung parallel und senkrecht zur Durchflußrichtung miteinander in Deckung gebracht werden, zu verlassen. So können beispielsweise die quaderförmigen Stege 211 und 212, die die Fangstrukturen 21 bilden, an ihren Enden abgerundet sein. Weitere derartige Fangstrukturen können beispielsweise hakenförmig 31 oder sichelförmig 32 sein. Fig. 3 zeigt die weiteren Modifikationen der Fangstruktur 21 der vorliegenden Erfindung, wobei die Fangstruktur 33 aus zwei parallelen Stegen mit zwei Säulen besteht, die Fangstrukturen 34 und 36 aus zwei V-förmig angeordneten Stegen mit jeweils einer Säule bestehen und die Fangstruktur 35 aus einer Vielzahl halbkreisförmig angeordneter Säulen besteht. Weiterhin ist denkbar, eine Trennvorrichtung bestehend aus verschiedenen Typen von Fangstrukturen 31, 32, 33 aufzubauen. Weiterhin kommen als Elementarzellen vielfältigste Anordnungen gleichen oder verschiedenartigen und/oder verschieden großen Fangstrukturen in Betracht, solange durch Verschiebung der Elementarzellen die gesamte Trennvorrichtung erzeugt werden kann. Fig. 4 zeigt beispielsweise eine Elementarzelle bestehend aus 9 Fangstrukturen.It is clear that the exemplary embodiment of an advantageous separating device described above can be changed in a variety of ways within the scope of the present invention, without the general inventive concept of providing a separating device which consists of a large number of capture structures in the sub-µm range, at least two Adjacent trap structures form elementary cells which are periodically arranged in one plane in such a way that they are brought into congruence with one another by mental displacement parallel and perpendicular to the flow direction. For example, the parallelepipedal webs 211 and 212 , which form the catching structures 21 , can be rounded at their ends. Further catch structures of this type can be hook-shaped 31 or sickle-shaped 32 , for example. Fig. 3 shows the further modifications of the catch structure 21 of the present invention, wherein the trap structure 33 consists of two parallel webs with two columns, the catch structures 34 and 36 of two V-shaped webs arranged with a respective column are made and the catch structure 35 from a Numerous semicircular columns exist. It is also conceivable to construct a separating device consisting of different types of catch structures 31 , 32 , 33 . Furthermore, a wide variety of arrangements of the same or different types and / or different sized capture structures come into consideration as unit cells, as long as the entire separating device can be produced by shifting the unit cells. Fig. 4, for example, shows a unit cell consisting of 9-catching structures.

Besonders vorteilhaft ist die Anordnung von Durchflußsteuerungseinheiten 213 in Kombination mit Fangstrukturen 21, wie in Fig. 5 dargestellt ist. Die in Fig. 5 dargestellten Durchflußsteuerungen 213 begünstigen einmal durch ihre vorteilhafte tropfenförmige Ausbildung und durch deren vorteilhafter Anordnung unterhalb der Fangstrukturen das Fangen von Partikeln und andererseits die Rückspülbarkeit der Anordnung.The arrangement of flow control units 213 in combination with catch structures 21 , as shown in FIG. 5, is particularly advantageous. The flow controls 213 shown in FIG. 5, on the one hand, favor the trapping of particles and, on the other hand, the backwashability of the arrangement due to their advantageous drop-shaped design and their advantageous arrangement below the catch structures.

Hierbei sind bei dem Einsatz in bestimmten Analyseverfahren Strukturen von Trennvorrichtungen von Vorteil, bei denen die Anzahl der Trennvorrichtungen die der Durchflußsteuerungen 213 übertreffen und umgekehrt. Structures of separation devices in which the number of separation devices exceed that of the flow controls 213 and vice versa are advantageous when used in certain analysis methods.

Weiterhin kann es von Vorteil sein, bei dem Einsatz der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung diese durch geeignete Maßnahmen in Schwingungen oder Vibrationen zu versetzen.Furthermore, it can be advantageous when using the inventive Separating device by appropriate measures in vibrations or To vibrate.

Fig. 6 zeigt skizzenhaft die dreidimensionale Trennvorrichtung 3, eine weitere vorteilhafte Ausführung der vorliegenden Erfindung, die aus einer Vielzahl von übereinander angeordneten zweidimensionalen Trennvorrichtungen besteht. Die dreidimensionale Trennvorrichtung 3 besteht aus zwei oder mehreren übereinander angeordneten zweidimensionalen Trennvorrichtungen, wobei die Abdeckung 25 einer zweidimensionalen Trennvorrichtung vorteilhaft jeweils die Grundplatte 24 der darüberliegenden zweidimensionalen Trennvorrichtung bildet, und die seitlichen Wände der Trennvorrichtung 3 einstückig sind. Je nach Aufgabenstellung (Größe und Anzahl nachzuweisender Partikel, Medium in dem die Artikel enthalten sind), können die folgenden Trennvorrichtungen 3 von Vorteil sein. Fig. 6 shows a sketch of the three-dimensional separation device 3, a further advantageous embodiment of the present invention which consists of a plurality of superposed two-dimensional separation devices. The three-dimensional separating device 3 consists of two or more two-dimensional separating devices arranged one above the other, the cover 25 of a two-dimensional separating device advantageously each forming the base plate 24 of the two-dimensional separating device above it, and the side walls of the separating device 3 being in one piece. Depending on the task (size and number of particles to be detected, medium in which the articles are contained), the following separation devices 3 can be advantageous.

Dreidimensionale Trennvorrichtung 3 bestehend aus übereinander angeordneten identischen zweidimensionalen Trennvorrichtungen 2, die derart übereinander angeordnet sind, daß die Fangstrukturen der zweidimensionalen Trennvorrichtungen senkrecht übereinander zu liegen kommen.Three-dimensional separating device 3 consisting of identical two-dimensional separating devices 2 arranged one above the other, which are arranged one above the other in such a way that the capture structures of the two-dimensional separating devices come to lie vertically one above the other.

Dreidimensionale Trennvorrichtung 3 bestehend aus übereinander angeordneten identischen zweidimensionalen Trennvorrichtungen 3, die derart angeordnet sind, daß die Fangstrukturen mindestens zweier benachbarter zweidimensionaler Trennvorrichtungen dreidimensionale Elementarzellen bilden, durch deren periodische Verschiebung die gesamte dreidimensionale Fangstruktur gedanklich erzeugt werden kann.Three-dimensional separating device 3 consisting of identical two-dimensional separating devices 3 arranged one above the other, which are arranged in such a way that the capture structures of at least two adjacent two-dimensional separating devices form three-dimensional elementary cells, the periodic displacement of which allows the entire three-dimensional capture structure to be generated in thought.

Dreidimensionale Trennvorrichtung 3 bestehend aus übereinander angeordneten unterschiedlichen Trennvorrichtungen 2.Three-dimensional separating device 3 consisting of different separating devices 2 arranged one above the other.

Nachfolgend wird beispielhaft eine vorteilhafte Anwendung der vorliegenden Erfindung beschrieben:
Bei dem Nachweis von Substanzen über die Nutzung von Immunreaktionen (Immuno-assay), wird zu der nachzuweisenden Substanz in einer Probe ein passender Antikörper hergestellt, der in zumeist wäßriger Lösung in bekannter Konzentration vorliegt und mit der zu untersuchenden Substanz in der Probe in Berührung gebracht wird. Der Antikörper koppelt an den zu bestimmenden Substanzen in der Testflüssigkeit an und bewirkt eine Komplexbildung. Dabei unterscheidet sich die Größe der gebildeten Komplexe deutlich von der Partikelgröße der zu bestimmenden Substanz und der Antikörper und ist zugleich abhängig von dem Konzentrationsverhältnis von zu bestimmender Substanz in der Probe und Antikörper. Da die Konzentration der der Probe zugesetzten Antikörper bekannt ist, kann die Partikelgröße für die Konzentrationsbestimmung der zu bestimmenden Substanz herangezogen werden. Nach einer Komplexbildungszeit wird die Probe nach Größe der gebildeten Komplexe sortiert. Dies erfolgt vorteilhafterweise mittels geeignet ausgebildeter vorstehend beschriebener erfindungsgemäßer Trennvorrichtungen, die in geeigneter Weise die gebildeten Komplexe zurückhalten, wohingegen die Ausgangsverbindungen, zu bestimmende Substanz und Antikörper die Trennvorrichtung passieren können. Bei derartigen Nachweisverfahren ist nach der Heidelberger Beziehung die schematisch in Fig. 7 dargestellt ist, die Größe des gebildeten Komplexes abhängig von der Konzentration des nachzuweisenden Stoffes in der Probe. Wie Fig. 7 zu entnehmen ist, wird bei einem Konzentrationsverhältnis von nachzuweisender Substanz und Antikörper von 1 die maximale Größe der gebildeten Komplexe erreicht. Ist das Konzentrationsverhältnis Q kleiner oder größer als 1, nimmt die Größe der gebildeten Komplexe bis auf den Wert 0 ab.An advantageous application of the present invention is described below by way of example:
In the detection of substances through the use of immune reactions (immunoassay), a suitable antibody is produced in a sample for the substance to be detected, which is usually present in a known concentration in aqueous solution and brought into contact with the substance to be examined in the sample becomes. The antibody couples to the substances to be determined in the test liquid and causes complex formation. The size of the complexes formed differs significantly from the particle size of the substance to be determined and the antibody and is also dependent on the concentration ratio of the substance to be determined in the sample and antibody. Since the concentration of the antibodies added to the sample is known, the particle size can be used to determine the concentration of the substance to be determined. After a complex formation time, the sample is sorted according to the size of the complexes formed. This advantageously takes place by means of suitably designed separation devices according to the invention described above, which retain the complexes formed in a suitable manner, whereas the starting compounds, substance to be determined and antibodies can pass through the separation device. In such detection methods, the size of the complex formed is dependent on the concentration of the substance to be detected in the sample according to the Heidelberg relationship, which is shown schematically in FIG. 7. As can be seen from FIG. 7, with a concentration ratio of the substance to be detected and antibody of 1, the maximum size of the complexes formed is reached. If the concentration ratio Q is less than or greater than 1, the size of the complexes formed decreases to the value 0.

Aufgrund dieser Beziehung lassen sich über geeignet ausgebildete und hintereinander geschaltete vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Trennvorrichtungen zwischen denen weitere Immuno-Reaktionen oder Kontroll-Reaktionen erfolgen können, quantitative Aussagen über die Konzentration der nachzuweisenden Substanz in der Probe machen.Because of this relationship, suitably trained and series-connected according to the invention described above Separators between which further immuno-reactions or Control reactions can be made, quantitative statements about the concentration of the Make the substance to be detected in the sample.

Insbesondere kann es bei derartigen Untersuchungen von Vorteil sein, das mit der nachzuweisenden Substanz reagierende Antigen in die Trennvorrichtung einzubringen, wodurch das Antigen selbst die Funktion einer Fangstruktur erhält.In particular, it can be of advantage in such examinations that the Antigen reacting substance in the separation device to be introduced, whereby the antigen itself has the function of a capture structure.

Die vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen zweidimensionalen Trennvorrichtungen lassen sich vorteilhaft mit den folgenden Mikrostrukturierungsverfahren herstellen, wobei Fangstrukturen 2 und die Grundplatte erfindungsgemäß einstückig hergestellt werden: The two-dimensional separation devices according to the invention described above can advantageously be produced using the following microstructuring methods, catch structures 2 and the base plate being produced in one piece according to the invention:

Erzeugen von Gräben mittels Elektronenstrahllitographie in Resist und holographischer Abbildung. Umkopierung der erzeugten Primärstrukturen in einem metallischen Formeneinsatz durch Galvanoformung.Generation of trenches using electron beam lithography in resist and holographic illustration. Copying of the generated primary structures in one Metallic mold use through electroforming.

Einbringung weiterer Funktionselemente in dem metallischen Körper durch klassische Bearbeitungsverfahren.Introduction of further functional elements in the metallic body classic machining processes.

Die für die erfindungsgemäße Trennvorrichtung geeigneten Materialien werden in geeigneter Weise dem Analyse- bzw. Nachweis- bzw. Sortierverfahren angepaßt, bei dem die erfindungsgemäße Trennvorrichtung eingesetzt wird. Als Materialien kommen Kunststoffe und Metalle in Betracht. Bei der Analyse von nachzuweisenden Stoffen im wäßrigen Medium kommen hydrophile Materialien in Betracht.The materials suitable for the separating device according to the invention are shown in suitably adapted to the analysis or detection or sorting process, in which the separating device according to the invention is used. As materials plastics and metals come into consideration. When analyzing Substances to be detected in the aqueous medium contain hydrophilic materials Consideration.

Die vorliegende Erfindung ist in keiner Weise auf die vorstehend beschriebenen Ausführungs- und Anwendungsbeispiele beschränkt, und eignet sich beispielsweise insbesondere für die Anwendung bei Raumluftanalyse und Lebensmittelüberwachung, Drogen-screening, Schimmelpilzanalyse, labormedizinischen und umweltanalytischen Untersuchungsverfahren.The present invention is in no way limited to that described above Limited execution and application examples, and is suitable for example in particular for use in indoor air analysis and Food monitoring, drug screening, mold analysis, laboratory medical and environmental analytical test methods.

Claims

1. Separating device ( 2 ) with a plurality of capture structures ( 21 ) in the sub-µm range, characterized in that at least two adjacent capture structures ( 21 ) form elementary cells ( 22 ) which are arranged periodically in one plane.

2. Separating device ( 3 ) with a large number of capture structures in the sub-µm range, characterized in that at least two adjacent capture structures ( 21 ) form elementary cells ( 22 ) which are arranged periodically in one plane, and at least two such levels are arranged one above the other are that a three-dimensional separator ( 3 ) results.

3. Separating device ( 3 ) according to claim 2, characterized in that the catching structures ( 21 ) form at least two adjacent two-dimensional separating devices ( 2 ) three-dimensional elementary cells, by the periodic displacement of which the entire three-dimensional catching structure ( 3 ) can be mentally generated.

4. The separator ( 2 ) according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the catch structures ( 21 ) are arranged such that a controlled tributary exists.

5. The separating device ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the catch structures ( 21 ) consist of webs ( 211 , 212 ) which are arranged on one level.

6. The separating device ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the separating device ( 2 ) is backwashable.

7. The separating device according to claim 5, characterized in that the catch structures ( 2 ) consist of two webs ( 211 , 212 ) which are arranged at an angle to one another.