DE19828995A1 - Mikroreaktionsgefäß, Anordnung von Mikroreaktionsgefäßen sowie Verfahren zur Abgabe einer Flüssigkeit aus einem Mikroreaktionsgefäß oder einer Anordnung von Mikroreaktionsgefäßen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Mikroreaktionsgefäße, deren Anordnungen sowie ein Verfahren zur Abgabe einer Flüssigkeit aus einem Mikroreaktionsgefäß oder einer Anordnung von Mikroreaktionsgefäßen.

In der Biochemie und der pharmazeutischen Wirkstofforschung werden, insbesondere unter Anwendung der Konzepte der kombinatorischen Chemie, kleinste Mengen biochemisch aktiver Substanzen umgesetzt bzw. auf deren Wirksamkeit getestet. Angestrebt wird eine Umsetzung einer großen Anzahl von Proben in möglichst kurzer Zeit, was mit einer minimalen Anzahl an Arbeitsschritten bei gleichzeitiger Automatisierung verbunden ist.

Zur Umsetzung einer großen Anzahl kleiner Stoffmengen werden zur Zeit Titerplatten verwendet, die Vertiefungen aufweisen, in die Substanzen hineinpipettiert werden und miteinander reagieren. Zum Überführen der Reaktionsprodukte in beispielsweise andere Titerplatten ist es erforderlich, die Inhalte der Vertiefungen in Pipetten aufzunehmen. Es ist auch bekannt, dünne Stäbe in die Vertiefungen der Titerplatte zu bewegen, um so die anhaftenden Substanzen in andere Gefäße zu überführen. Die Verwendung solcher zusätzlicher Vorrichtungen, wie Pipetten oder Stäbe, zur Überführung der Reaktionsprodukte aus einer Titerplatte in eine andere ist jedoch mit Nachteilen verbunden. So bedeuten zusätzliche Vorrichtungen zusätzliche Arbeitsschritte, eine Gefahr der Probenverunreinigung sowie ein Verlust an Probenmenge.

Hierzu wird in der WO 97/15394 eine Titerplatte beschrieben, deren Ausnehmungen eine vergleichsweise große Einfüllöffnung und eine kleine Auslaßöffnung aufweisen. Die Flüssigkeit wird durch die Oberflächenspannung am Ausfließen gehindert. Durch einen Gasdruckstoß kann die Flüssigkeit durch die Auslaßöffnung abgegeben werden.

Die WO 92/02303 beschreibt eine Titerplatte, deren Ausnehmungen durch eine poröse Membran abgeschlossen sind, die die Flüssigkeit zurückhält. Erst durch Aufgabe eines Gasdruckstoßes wird die Flüssigkeit ausgegeben.

Ein Nachteil solcher Titerplatten ist, daß ein Auskristallisieren der gelösten Bestandteile zu einem Verschluß der Auslaßöffnungen bzw. der Membranporen führen kann. Ein weiterer Nachteil ist, daß die Dimensionierung der Auslaßöffnungen bzw. der Membranporen von der Oberflächenspannung der jeweiligen Flüssigkeit abhängt.

Aufgabe der Erfindung ist es, Mikroreaktionsgefäße und Anordnungen solcher Mikroreaktionsgefäße bereitzustellen, die eine Abgabe einer Flüssigkeit auf eine einfache Art erlauben, ohne hierfür Vorrichtungen verwenden zu müssen, die mit dem Inhalt des Mikroreaktionsgefäßes in Kontakt kommen, und die die zuvor genannten Nachteile bekannter Titerplatten nicht aufweisen. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung ein entsprechendes Verfahren zur Abgabe einer Flüssigkeit aus einem Mikroreaktionsgefäß oder einer Anordnung von Mikroreaktionsgefäßen bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird mit einem Mikroreaktionsgefäß gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1, mit Anordnungen von Mikroreaktionsgefäßen gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 17 sowie 22 und mit einem Verfahren gemäß dem Merkmal des Anspruchs 23 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der Boden des mindestens eine Einfüllöffnung und eine Reaktionskammer umfassenden Mikroreaktionsgefäßes ist derart ausgebildet, daß mindestens eine Auslaßöffnung durch Einwirken einer äußeren Kraft oder/und lokale Wärmezufuhr erzeugbar ist.

Dieser Lösung liegt der allgemeine Erfindungsgedanke zugrunde, daß das Mikroreaktionsgefäß zunächst keine Auslaßöffnungen aufweist, und daß erst durch Einwirken einer äußeren Kraft oder/und lokale Wärmezufuhr mindestens eine Auslaßöffnung gebildet wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Mikroreaktionsgefäß ist es daher möglich, verschiedene Substanzen, vorzugsweise Flüssigkeiten, durch die Einfüllöffnung dosiert hinzuzugeben, miteinander in der Reaktionskammer reagieren zu lassen und durch die zu erzeugende Auslaßöffnung in beispielsweise eine Vertiefung einer sich unter dem Mikroreaktionsgefäß befindlichen Titerplatte abzugeben. Diese teilweise oder vollständige Überführung des Inhalts des Mikroreaktionsgefäßes bedarf keiner Vorrichtung, die mit dem Inhalt des Mikroreaktionsgefäßes in Kontakt kommt. Eine Gefahr der Verunreinigung sowie des Verlusts des Inhalts des Mikroreaktionsgefäßes wird dadurch minimiert. Da die Auslaßöffnung erst erzeugt wird, besteht auch kein Problem des Verschlusses durch Auskristallisieren.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Auslaßöffnung durch einen über die Einfüllöffnung eingeleiteten Gasdruckstoß als äußere Kraft erzeugbar. Mit Einleitung des Gasdruckstoßes und Bildung der Auslaßöffnung wird auch die sich in der Kammer befindliche Flüssigkeit teilweise oder vollständig abgegeben. Als äußere Kraft kann auch eine Art Stempel vorgesehen sein, der vorzugsweise an der Unterseite des Bodens des Mikroreaktionsgefäßes angreift.

Nach einer ersten vorteilhaften Variante ist mindestens ein sich im Boden des Mikroreaktionsgefäßes befindlicher Auslaßkanal durch ein als Pfropfen dienendes Material verschlossen, das sich durch Einwirken einer Kraft, wie eines Druckluftstoßes, entfernen läßt. Bevorzugt sind hierzu plastische, elastische oder hochviskose Materialien vorgesehen.

Nach einer zweiten vorteilhaften Variante weist das Mikroreaktionsgefäß mindestens einen Auslaßkanal auf, der zur Unterseite des Bodens des Mikroreaktionsgefäßes mit einer dünnen Schicht abgedeckt ist. Auch die gesamte Unterseite des Mikroreaktionsgefäßes kann mit dieser Schicht bedeckt sein. Diese Schicht kann durch Kleben, Verschmelzen oder durch Adhäsionskräfte an der Unterseite des Bodens des Mikroreaktionsgefäßes gehalten sein. Vorteilhaft kann die dünne Schicht einstückiger Bestandteil zumindest des Bodens des Mikroreaktionsgefäßes sein. Bevorzugt ist eine dünne Schicht dünner als 100 µm, insbesondere dünner als 10 µm. Durch das Einwirken einer Kraft, beispielsweise eines Druckluftstoßes, wird die dünne Schicht in der Art einer Berstscheibe zerstört oder löst sich von der Unterseite des Bodens des Mikroreaktionsgefäßes ab, um so die Auslaßöffnung zu erzeugen. Es ist jedoch auch denkbar, daß durch einen an der Unterseite des Bodens angreifenden Stempel der Boden soweit ausgelenkt wird, daß die dünne Schicht reißt. Vorteilhaft ist der Stempel hierbei so gestaltet, beispielsweise als Hohlzylinder, und der Angriffspunkt so gewählt, daß der Stempel nicht mit dem Inhalt der Reaktionskammer in Kontakt kommt.

Gemäß einer dritten Ausführungsvariante weisen die Unterseite und/oder die Oberseite des Bodens des Mikroreaktionsgefäßes eine oder mehrere Sollbruchstellen, beispielsweise Einkerbungen, auf. An diesen Stellen öffnen sich unter Einwirkung einer Kraft, beispielsweise mittels eines von unten angreifenden Stempels, eine oder mehrere Auslaßöffnungen.

Eine vierte Ausführungsvariante sieht vor, daß der Boden des Mikroreaktionsgefäßes an der Stelle der zu erzeugenden Auslaßöffnung einen oder mehrere Einschnitte aufweist, die den Boden von der Unterseite bis zur Oberseite teilweise oder vollständig durchtrennen. Unter Krafteinwirkung vom Innern des Mikroreaktionsgefäßes auf die Oberseite des Bodens, wölbt sich der Boden, wodurch im Bereich des Einschnittes die Auslaßöffnung in Form eines Spaltes geöffnet wird. Es ist auch denkbar durch Krafteinwirkung auf die Unterseite des Bodens des Mikroreaktionsgefäßes, beispielsweise mittels eines Hohlzylinders als Stempel, den Boden in Richtung der Kammer des Mikroreaktionsgefäßes zu wölben und so die Auslaßöffnung zu erzeugen. Weist das Material des Bodens elastische Eigenschaften auf, so läßt sich die Auslaßöffnung reversibel öffnen und schließen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Auslaßöffnung durch lokale Wärmezufuhr mittels elektrischer Energie erzeugbar. Dies kann durch eine äußere Kraft, beispielsweise einen über die Einfüllöffnung eingeleiteten Gasdruckstoß, unterstützt werden.

Eine erste Ausführungsvariante sieht hierzu vor, daß das Mikroreaktionsgefäß im Bereich der zu erzeugenden Öffnung zwei auf der Unterseite des Bodens oder im Boden selbst angeordnete, zueinander beabstandete, eine elektrische Funkenstrecke bildende Elektroden aufweist. Durch Anlegen einer ausreichend hohen Spannung kommt es zu einer Funkenbildung zwischen den beiden Elektroden und damit zu einer raschen, starken Temperaturerhöhung in diesem Bereich.

Bei einer zweiten Ausführungsvariante ist im Bereich der zu erzeugenden Öffnung mindestens ein Heizwiderstand auf der Unterseite des Bodens oder im Boden selbst angeordnet. Der elektrische Heizwiderstand ist mit elektrischen Zuführungen verbunden. Bei Durchfluß eines elektrischen Stromes durch den Heizwiderstand kommt es dort zur lokalen Temperaturhöhung des Bodens des Mikroreaktionsgefäßes.

Die Elektroden, Heizwiderstände bzw. elektrischen Zuführungen können vorteilhaft mittels Dünnfilmtechniken aufgebracht werden, beispielsweise auf den Boden des Mikroreaktionsgefäßes oder der Anordnung von Mikroreaktionsgefäßen aufgedruckt werden.

Durch lokale Wärmezufuhr, vorzugsweise gemäß einer der beiden zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten, in Verbindung mit einer der oben aufgeführten vier Ausführungsvarianten zur Ausgestaltung des Bodens des Mikroreaktionsgefäßes ist auf einfache Art und Weise eine Auslaßöffnung erzeugbar.

So kann der Auslaßkanal durch ein als Pfropfen dienendes Material verschlossen sein, das bei Erwärmen erweichbar und, gegebenenfalls unterstützt durch einen Gasdruckstoß, aus dem Auslaßkanal entfernbar ist.

In Verbindung mit der Ausführungsvariante, die eine den Auslaßkanal abdeckende dünne Schicht vorsieht, ist diese Schicht vorzugsweise derart beschaffen, daß sie bei Wärmezufuhr an dieser Stelle reißt, schmilzt oder zersetzt wird. Dies kann beispielsweise eine dünne Kunststoffschicht sein. In Verbindung mit der dritten Ausführungsvariante kann dies durch Sollbruchstellen unterstützt werden.

Die vierte Ausführungsvariante mit Einschnitten im Boden des Mikroreaktionsgefäßes kann ebenfalls mit der Ausführungsform, die lokale Erwärmung vorsieht, kombiniert werden. So kann der Boden im Bereich der Einschnitte derart ausgestaltet sein, daß bei Erwärmung durch thermische Ausdehnung eine Auslaßöffnung in Form eines Spalts geöffnet wird.

Die Reaktionskammer des Mikroreaktionsgefäßes kann derart gestaltet sein daß sie in etwa den gleichen Durchmesser wie die Einfüllöffnung aufweist. So kann eine zylindrische Form der Kammer vorgesehen sein, die sich an dem der Einfüllöffnung gegenüberliegenden Ende kegelartig auf den Durchmesser des Auslaßkanals verjüngt. Die Reaktionskammer kann auch einen größeren Durchmesser als die Einfüllöffnung aufweisen. So hat eine kugelartig geformte Kammer den Vorteil einer geringeren Verdunstung sowie einer verringerten Gefahr des Verspritzens beim Hinzugeben von Flüssigkeiten.

Für wäßrige Systeme eignen sich bevorzugt Einfüllöffnungen mit einem Durchmesser von 100 µm bis 2 mm. Solche Mikroreaktionsgefäße können beispielsweise ein Kammervolumen von 1 µl bis 500 µl aufweisen. Je nach Anwendung können auch andere Maße für die Durchmesser und Kammervolumen verwendet werden.

Für manche zu dosierende Flüssigkeiten kann es zur Tropfenbildung von Vorteil sein, wenn die zu erzeugende Auslaßöffnung zu einer Spitze ausgeformt ist. Es kann auch von Vorteil sein, wenn die Auslaßöffnung sich nach außen kegelartig erweitert.

Des weiteren kann in der Kammer oder zwischen Kammer und Auslaßkanal ein Sieb oder ein Filter angebracht sein, so daß bei Beaufschlagung der Kammer mit einem Druckluftstoß mit der Abgabe der Flüssigkeit durch die Auslaßöffnung gleichzeitig eine Abtrennung von festen Bestandteilen erfolgt.

Das Mikroreaktionsgefäß besteht vorzugsweise aus einem Material, das gegenüber den verwendeten Flüssigkeiten chemisch inert ist sowie sich biokompatibel gegenüber den verwendeten biochemischen Substanzen verhält. So eignen sich vorzugsweise Kunststoffe, die beispielsweise Polycarbonat Polyethyletherketon, cyclische Olefin-Copolymere, Polymethylmethacrylat oder Gemische hiervon umfassen.

Bevorzugt ist das Mikroreaktionsgefäß ein einstückiger Formenkörper aus Kunststoff. Die Verwendung von mikrotechnisch hergestellten Formeinsätzen bei der Herstellung, beispielsweise im Spritzgußverfahren, ermöglicht die erforderliche hohe Präzision.

Um eine einfache Verbindung der Mikroreaktionsgefäße miteinander zu erlauben, weisen diese vorteilhaft Verbindungselemente, wie Steck- oder/und Rastelemente, auf.

Der unabhängige Patentanspruch 17 betrifft eine Anordnung von mehreren erfindungsgemäßen Mikroreaktionsgefäßen nebeneinander in einer Reihe oder in Zeilen und Spalten in Form einer Matrix. Mit solchen Anordnungen läßt sich eine große Anzahl von Proben gleichzeitig handhaben.

Vorteilhaft weist die matrixartige Anordnung die gleiche Anzahl an Kammern, beispielsweise 96, 384 oder 864, und die gleiche Außenabmessung wie handelsübliche Titerplatten auf. Damit wird eine automatisierte Handhabung unter Einsatz handelsüblicher Vorrichtungen ermöglicht.

Die Anordnung kann aus einzelnen Mikroreaktionsgefäßen oder Anordnungen, wie Reihen, von Mikroreaktionsgefäßen bestehen, die lösbar oder unlösbar miteinander verbunden sind. Eine lösbare Verbindung wird beispielsweise über Rast- oder/und Steckelemente ermöglicht. Mittels Kleben oder Schweißen wird eine unlösbare Verbindung erreicht. Gemäß einer anderen Variante sind die Mikroreaktionsgefäße einstückiger Bestandteil der Anordnung. So kann beispielsweise die Anordnung aus einem einzigen durch Spritzguß hergestellten Formenkörper bestehen.

Diese Anordnung kann auch Mikroreaktionsgefäße umfassen, die im Bereich der zu erzeugenden Auslaßöffnungen auf der Unterseite des Bodens oder im Boden selbst angeordnete elektrische Heizwiderstände oder zueinander beabstandete, jeweils eine elektrische Funkenstrecke bildende Elektroden aufweist. Hierzu weist die Anordnung elektrische Kontakte auf, die über elektrische Zuführungen mit den Heizwiderständen bzw. Elektroden verbunden sind. Ist die Anordnung eine Titerplatte, so können diese elektrischen Kontakte beispielsweise seitlich, auf der Oberseite oder der Unterseite angeordnet sein. Über eine elektrische Ansteuereinheit können damit gezielt einzelne Auslaßöffnungen erzeugt werden.

Die weitere erfindungsgemäße Anordnung gemäß Anspruch 22 weist mindestens ein erfindungsgemäßes Mikroreaktionsgefäß und mindestens ein weiteres Mikroreaktionsgefäß auf, das eine Einfüllöffnung und eine Reaktionskammer umfaßt, wobei das erfindungsgemäße Mikroreaktionsgefäß und das weitere Mikroreaktionsgefäß jeweils mindestens einen seitlichen Verbindungskanal aufweisen, über den die mindestens zwei Mikroreaktionsgefäße fluidisch untereinander verbunden sind.

Durch die fluidische Verbindung mindestens zweier Mikroreaktionsgefäße können auch Reaktionen in mehreren Schritten mit mehreren Reaktionspartnern in einer einzigen Anordnung von Mikroreaktionsgefäßen durchgeführt werden. So lassen sich Zwischenprodukte zur Einbeziehung in Folgereaktionen über die seitliche Verbindung von einem Mikroreaktionsgefäß in ein anderes überführen und dort mit einem weiteren Edukt umsetzen. Anschließend läßt sich der Inhalt der Reaktionskammer aus dem erfindungsgemäßen Mikroreaktionsgefäß gemäß einer der oben beschriebenen Methoden, beispielsweise mittels eines Gasdruckstoßes, ausgeben. Die Überführung des Inhalts einer Reaktionskammer in eine andere über seitliche Verbindungskanäle kann ebenfalls über einen Gasdruckstoß erfolgen.

Hierbei sind unterschiedliche Ausführungsformen realisierbar, die sich in der Anzahl und der Art der Anordnung der Verbindungskanäle, Auslaßöffnungen und der Gestalt der Kammer unterscheiden. Bevorzugt sind Anordnungen, bei denen die Verbindungskanäle in den unteren Bereich der Reaktionskammer münden, um so ein restloses Entleeren der Reaktionskammer zu ermöglichen.

Das Verfahren zur Abgabe einer Flüssigkeit aus einem Mikroreaktionsgefäß oder einer Anordnung von Mikroreaktionsgefäßen sieht gemäß Anspruch 23 vor, daß durch Einwirken einer äußeren Kraft oder/und durch lokale Wärmezufuhr mindestens eine Auslaßöffnung erzeugt wird. Hierzu sind die Mikroreaktionsgefäße und deren Anordnungen gemäß der Ansprüche 1 bis 22 besonders geeignet.

Bevorzugt ist als äußere Kraft ein Gasdruckstoß vorgesehen, der die Auslaßöffnung erzeugt und die Flüssigkeit zumindest teilweise abgibt.

Die Erzeugung einer Auslaßöffnung durch lokale Erwärmung wird bevorzugt durch Erweichen, Schmelzen oder Zerstören einer dünnen Kunststoffschicht erzielt. Vorteilhaft wird hierzu die Wärme lokal durch eine elektrische Widerstandsheizung oder eine elektrische Entladung zugeführt.

Beispielhafte Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 ein Mikroreaktionsgefäß mit einem Pfropfen im Auslaßkanal im Querschnitt von der Seite,

Fig. 2 ein Mikroreaktionsgefäß mit einer dünnen Schicht auf der Unterseite des Bodens im Querschnitt von der Seite,

Fig. 3 ein Mikroreaktionsgefäß, bei dem die dünne Schicht einstückiger Bestandteil des Bodens ist, im Querschnitt von der Seite,

Fig. 4 ein Mikroreaktionsgefäß mit Sollbruchstellen im Boden im Querschnitt von der Seite,

Fig. 5a ein Mikroreaktionsgefäß mit einem Einschnitt im Boden im Querschnitt von der Seite,

Fig. 5b das Mikroreaktionsgefäß nach Fig. 5a im Querschnitt von oben,

Fig. 6 eine matrixartige Anordnung von Mikroreaktionsgefäßen in perspektivischer Darstellung geschnitten von der Seite,

Fig. 7a-c drei über Verbindungskanäle fluidisch untereinander verbundene Mikroreaktionsgefäße im Querschnitt von der Seite,

Fig. 8 ein Mikroreaktionsgefäß mit einem elektrischen Heizwiderstand im Querschnitt von der Seite,

Fig. 9a und 9b ein Mikroreaktionsgefäß mit einem elektrischen Heizwiderstand in Draufsicht von unten,

Fig. 9c ein Mikroreaktionsgefäß mit beabstandeten Elektroden in Draufsicht von unten,

Fig. 10 eine Mikroreaktionsgefäß mit beabstandeten Elektroden im Querschnitt von der Seite,

Fig. 11a eine Anordnung von 3×3 Mikroreaktionsgefäßen mit elektrischen Kontakten in perspektivischer Darstellung,

Fig. 11b die Anordnung nach Fig. 11a in Draufsicht von unten.

Fig. 1 zeigt ein Mikroreaktionsgefäß 1 bei dem der Boden einen die Oberseite 20 mit der Unterseite 21 verbindenden Auslaßkanal 4 aufweist, wobei sich in dem Auslaßkanal 4 ein Pfropfen 22 befindet. Durch einen über die Einfüllöffnung 2 eingeleiteten Gasdruckstoß kann der Pfropfen 22 zur Unterseite 21 des Bodens herausgedrückt werden, womit eine Auslaßöffnung 5 erzeugt wird und eine Abgabe einer sich in der Kammer 3 befindenden Flüssigkeit erfolgt.

In Fig. 2 ist der Auslaßkanal 4 durch eine sich auf der Unterseite 21 des Bodens des Mikroreaktionsgefäßes 1 befindende dünne Schicht 23 verschlossen, die beispielsweise eine auflaminierte dünne Kunststoffolie sein kann. Diese Schicht 23 kann auch einstückiger Bestandteil des Bodens sein, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Die Schicht 23 ist vorzugsweise so dünn, daß sie unter Einwirkung, beispielsweise eines Gasdruckstoßes, in der Art einer Berstscheibe zerstört wird und damit eine Auslaßöffnung gebildet wird.

Fig. 4 zeigt ein Mikroreaktionsgefäß 1 mit Einkerbungen 24 in der Oberseite 20 und der Unterseite 21 des Bodens. Diese einen mittleren Bereich 26 umgebenden Einkerbungen 24 stellen Sollbruchstellen dar. Unter Einwirkung einer äußeren Kraft ist der mittlere Bereich 26 vom übrigen Boden trennbar, wodurch ein Auslaßkanal 4 mit einer Auslaßöffnung 5 gebildet wird.

Ein Mikroreaktionsgefäß mit zwei den Boden von der Oberseite 20 bis zur Unterseite 21 durchdringenden Einschnitten 25 ist in den Fig. 5a und 5b dargestellt. Fig. 5a zeigt das Mikroreaktionsgefäß im Querschnitt von der Seite, wobei ein Schnitt 25 zu erkennen ist. Fig. 5b zeigt die Oberseite 20 des Bodens des Mikroreaktionsgefäßes mit zwei sich kreuzenden Einschnitten 25 sowie die Wand 6 des Mikroreaktionsgefäßes 1 im Schnitt von oben. Durch das Einwirken einer Kraft von einer Seite des Bodens wölbt dieser sich zu der anderen Seite unter Freigabe eines als Auslaßkanal 4 dienenden Spaltes entlang der Einschnitte 25 und damit unter Bildung einer Auslaßöffnung 5.

Eine einstückige matrixartige Anordnung 30 von Mikroreaktionsgefäßen ist in Fig. 6 dargestellt, wobei eine Zeile von Mikroreaktionsgefäßen 1 von der Seite im Querschnitt gezeigt ist. Solche in der Art bekannter Titerplatten angeordnete Mikroreaktionsgefäße erlauben eine einfache Handhabung einer großen Anzahl von Substanzen unter gleichen Bedingungen. Die hier dargestellten Mikroreaktionsgefäße entsprechen dem Mikroreaktionsgefäß nach Fig. 2 mit einer sich auf der Unterseite 21 des Bodens befindlichen dünnen Schicht 23. Für solch eine Anordnung können jedoch auch andere erfindungsgemäße Mikroreaktionsgefäße verwendet werden. Der Inhalt einzelner Mikroreaktionsgefäße kann beispielsweise durch gezielte Beaufschlagung einzelner Einfüllöffnungen 2 mit Druckluftstößen abgegeben werden. Hierzu wird durch den Druckluftstoß die dünne Schicht im Bereich des jeweiligen Auslaßkanals 4 in der Art einer Berstscheibe zerstört.

Eine Anordnung von drei Mikroreaktionsgefäßen 1, 10a, 10b ist in den Fig. 7a-c dargestellt. Das mittlere Mikroreaktionsgefäß 1 stellt ein erfindungsgemäßes Mikroreaktionsgefäß in der Art eines Mikroreaktionsgefäßes nach Fig. 2 mit einer dünnen Schicht 23 auf der Unterseite 21 des Bodens dar. Dieses ist über zusätzliche Verbindungskanäle 7 und 9 mit den beiden Verbindungskanälen 14 bzw. 13 der seitlich angeordneten Mikroreaktionsgefäße 10a, 10b verbunden. Des weiteren weist das mittlere Mikroreaktionsgefäß 1 am Boden der Reaktionskammer 3 einen Auslaßkanal 4 auf, der zu der an der Unterseite des mittleren Mikroreaktionsgefäßes 1 befindlichen dünnen Schicht 23 führt.

Über die Einfüllöffnung 11a des in Fig. 7a links angeordneten Mikroreaktions­ gefäßes 10a können Substanzen bzw. Flüssigkeiten hinzugegeben werden, die miteinander in der Kammer 12a reagieren. Durch Beaufschlagung der Kammer 12a des linken Mikroreaktionsgefäßes 10 mit einem Druckluftstoß P, der hier als großer Pfeil über der Einfüllöffnung 11a angedeutet ist, kann der Inhalt der Kammer 12a über die Verbindungskanäle 13, 9 in die Kammer 3 des mittleren Mikroreaktionsgefäßes 1 befördert werden. Die Fließrichtung ist durch einen kleinen Pfeil unterhalb des Mikroreaktionsgefäßes 10a angedeutet. Hierbei kann es vorteilhaft sein, gleichzeitig das rechte Mikroreaktionsgefäß 10b auch mit einem Druckluftstoß zu beaufschlagen.

Beaufschlagt man gleichzeitig das linke Mikroreaktionsgefäß 10a über die Einfüllöffnung 11a, sowie das mittlere Mikroreaktionsgefäß 1 über die Einfüllöffnung 2 mit einem Druckluftstoß, so kann der Inhalt des linken Mikroreaktionsgefäßes 1 in das mittlere Mikroreaktionsgefäß 1 und von dort in das rechte Mikroreaktionsgefäß 10b befördert werden (Fig. 7b). Werden alle drei Mikroreaktionsgefäße 1, 10a, 10b durch die Einfüllöffnungen 2, 11a, 11b mit einem Druckluftstoß beaufschlagt, kann der Inhalt des mittleren Mikroreaktionsgefäßes 1 über den Auslaßkanal 4 unter Bildung einer Auslaßöffnung 5 in der dünnen Schicht 23 abgegeben werden (Fig. 7c).

Die Mikroreaktionsgefäße 1, 10a, 10b können lösbar, beispielsweise mit Hilfe von Steckelementen in der Art von Nut und Feder, miteinander verbunden sein. Die Mikroreaktionsgefäße 1, 10a, 10b können auch unlösbar miteinander verbunden sein oder als einstückiger Formenkörper, vorzugsweise aus einem Kunststoff, hergestellt sein.

In den Fig. 8 bis 11b sind Mikroreaktionsgefäße und deren Anordnungen dargestellt, bei denen eine Auslaßöffnung durch lokale Wärmezufuhr, hier in Form elektrischer Energie, erzeugbar ist.

In der Fig. 8 ist ein Mikroreaktionsgefäß 1 im Querschnitt von der Seite dargestellt, dessen Unterseite 21 des Bodens einen mit elektrischen Zuführungen 41a, 41b verbundenen Heizwiderstand 40 aufweist. Der Heizwiderstand 40 befindet sich im Bereich des Auslaßkanals 4, der an einer dünnen Schicht 23 mündet. Bei Stromdurchfluß erwärmt der Heizwiderstand diese dünne Schicht, die je nach verwendetem Material an dieser Stelle aufreißt, schmilzt oder sich zersetzt. Dies kann durch einen Gasdruckstoß unterstützt werden, der gleichzeitig zumindest einen Teil der sich in der Reaktionskammer 3 befindenden Flüssigkeit durch den Auslaßkanal 4 und die hier nicht dargestellte Auslaßöffnung herausdrückt. Die Unterseite dieses Mikroreaktionsgefäßes ist in Fig. 9a dargestellt. Der Heizwiderstand 40 kann aus dem gleichen Material wie die Zuführungen 41a, 41b, beispielsweise mittels Dünnfilmtechnik, hergestellt sein. Durch eine Verringerung des Querschnitts gegenüber den Zuführungen 41a, 41b wird ein höherer Widerstand erzielt.

Eine andere Ausgestaltung des elektrischen Heizwiderstands 40, in der Form zweier einen mittleren Bereich umgebenden Halbkreise, ist in Fig. 9b dargestellt. In diesem mittleren Bereich, in dem bei Erwärmung die höchsten Temperaturen erzielt werden, liegt die zu erzeugende Auslaßöffnung.

In Fig. 9c sind die elektrischen Zuführungen als zwei Elektroden 43a, 43b ausgestaltet, die durch ihre Beabstandung eine elektrische Funkenstrecke 42 bilden. Bei einer ausreichend hohen Spannung findet zwischen den sich gegenüberliegenden Elektroden 43a und 43b eine elektrische Entladung statt, wodurch der Boden im Bereich des Spalts 42 lokal erhitzt wird.

Eine weitere Variante zweier beabstandeter, eine Funkenstrecke 42 bildender Elektroden 43a, 43b ist in Fig. 10 dargestellt. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 9c sind hier die Elektroden im Boden des Mikroreaktionsgefäßes angeordnet. Hierdurch ist eine gezielte Erhitzung des Materials im Bereich der zu erzeugenden Auslaßöffnung möglich.

In den Fig. 11a und 11b ist eine Anordnung von 3×3 Mikroreaktionsgefäßen dargestellt, deren Auslaßöffnungen mittels lokaler Wärmezufuhr durch elektrische Energie erzeugbar sind. Fig. 11b, in der die Lage der Reaktions­ kammern 3 durch unterbrochene Kreise angedeutet ist, zeigt die Anordnung mit Blick auf die Unterseite 21. Auf der Unterseite 21 sind die elektrischen Zufüh­ rungen 44a, 44b, . . . erkennbar, die die elektrischen Heizwiderstände 40 mit den seitlich angeordneten elektrischen Kontakten 45 verbinden. Diese Anordnung erlaubt mittels einer hier nicht gezeigten elektrischen Ansteuereinheit jeden einzelnen Heizwiderstand elektrisch anzusteuern und somit gezielt einzelne Auslaßöffnungen zu erzeugen.

Bezugszeichenliste

1

Mikroreaktionsgefäß

2

Einfüllöffnung

3

Reaktionskammer

4

Auslaßkanal

5

Auslaßöffnung

6

Wand

7

seitlicher Verbindungskanal

9

seitlicher Verbindungskanal

10

a,

10

b Mikroreaktionsgefäß

11

a,

11

b Einfüllöffnung

12

a,

12

b Reaktionskammer

13

seitlicher Verbindungskanal

14

seitlicher Verbindungskanal

20

Oberseite des Bodens

21

Unterseite des Bodens

22

Pfropfen

23

dünne Schicht

24

Einkerbung

25

Einschnitt

26

mittlerer Bereich

30

Anordnung von Mikroreaktionsgefäßen

31

Anordnung von fluidisch untereinander verbundenen Mikroreaktionsgefäßen

32

Anordnung von Mikroreaktionsgefäßen mit elektrischen Heizelementen

40

elektrischer Heizwiderstand

41

a,

41

b elektrische Zuführung

42

Spalt

43

a,

43

b Elektrode

44

a,

44

b elektrische Zuführung

45

elektrische Anschlußkontakte

Claims (26)

1. Mikroreaktionsgefäß (1) mit mindestens einer Einfüllöffnung (2) und einer Reaktionskammer (3), dessen Boden derart ausgebildet ist, daß durch Einwirken einer äußeren Kraft oder/und durch lokale Wärmezufuhr mindestens eine Auslaßöffnung (5) erzeugbar ist.

2. Mikroreaktionsgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (5) durch einen über die Einfüllöffnung (2) eingeleiteten Gasdruckstoß erzeugbar ist.

3. Mikroreaktionsgefäß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikroreaktionsgefäß (1) mindestens einen Auslaßkanal (4) aufweist, der zumindest teilweise mit einem als Pfropfen (22) dienenden Material verschlossen ist.

4. Mikroreaktionsgefäß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikroreaktionsgefäß (1) mindestens einen Auslaßkanal (4) aufweist, der zur Unterseite (21) des Bodens des Mikroreaktionsgefäßes mit einer dünnen Schicht (23) abgedeckt ist.

5. Mikroreaktionsgefäß nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Schicht (23) die gesamte Unterseite (21) des Bodens des Mikroreaktionsgefäßes (1) bedeckt.

6. Mikroreaktionsgefäß nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Schicht (23) einstückiger Bestandteil zumindest des Bodens des Mikroreaktionsgefäßes (1) ist.

7. Mikroreaktionsgefäß nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Schicht (23) eine Dicke von weniger als 100 µm, vorzugsweise weniger als 10 µm, aufweist.

8. Mikroreaktionsgefäß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite (20) und/oder die Unterseite (21) des Bodens eine oder mehrere, die Lage der Auslaßöffnung (5) vorgebende Sollbruchstellen (24) aufweist.

9. Mikroreaktionsgefäß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden an der Stelle der zu bildenden Auslaßöffnung (5) mindestens einen den Boden von der Unterseite (21) bis zur Oberseite (20) zumindest teilweise durchtrennenden Einschnitt (25) aufweist.

10. Mikroreaktionsgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikroreaktionsgefäß (1) im Bereich der zu erzeugenden Auslaßöffnung zwei auf der Unterseite (21) des Bodens oder im Boden angeordnete, zueinander beabstandete, eine elektrische Funkenstrecke (42) bildende Elektroden (43a, 43b) aufweist.

11. Mikroreaktionsgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikroreaktionsgefäß (1) im Bereich der zu erzeugenden Auslaßöffnung mindestens einen auf der Unterseite (21) des Bodens oder im Boden angeordneten elektrischen Heizwiderstand (40) aufweist, wobei der elektrische Heizwiderstand mit elektrischen Zuführungen (41a, 41b) verbunden ist.

12. Mikroreaktionsgefäß nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfüllöffnung (2) einen Durchmesser von 100 µm bis 2 mm aufweist.

13. Mikroreaktionsgefäß nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer (3) ein Volumen von 1 µl bis 500 µl aufweist.

14. Mikroreaktionsgefäß nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Reaktionskammer (3) oder zwischen der Reaktionskammer (3) und der zu erzeugenden Auslaßöffnung (5) ein Sieb oder ein Filter befindet.

15. Mikroreaktionsgefäß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikroreaktionsgefäß (1) Verbindungselemente aufweist, mittels derer Mikroreaktionsgefäße seitlich miteinander verbindbar sind.

16. Mikroreaktionsgefäß nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikroreaktionsgefäß ein einstückiger Formenkörper aus Kunststoff ist.

17. Anordnung (30) von mehreren Mikroreaktionsgefäßen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 nebeneinander in einer Reihe oder in Zeilen und Spalten in Form einer Matrix.

18. Anordnung (30) nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch in der Art einer Mikrotiterplatte angeordnete Mikroreaktionsgefäße (1).

19. Anordnung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (30) einzelne Mikroreaktionsgefäße (1) oder Anordnungen von Mikroreaktionsgefäßen (1) umfaßt, die lösbar oder unlösbar miteinander verbunden sind.

20. Anordnung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroreaktionsgefäße (1) einstückiger Bestandteil der Anordnung (30) sind.

21. Anordnung (32) nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung im Bereich der zu erzeugenden Auslaßöffnungen auf der Unterseite (21) des Bodens oder im Boden angeordnete elektrische Heizwiderstände (40) oder zueinander beabstandete, jeweils eine elektrische Funkenstrecke (42) bildende Elektroden (43a, 43b) aufweist, wobei die elektrischen Heizwiderstände bzw. die Elektroden über elektrische Zuführungen (44a, 44b, . . .) mit an der Anordnung (32) angeordneten elektrischen Anschlußkontakten (45) verbunden sind.

22. Anordnung (31) von mindestens einem Mikroreaktionsgefäß (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 und mindestens einem weiteren Mikroreaktionsgefäß (10a, 10b), das eine Einfüllöffnung (11a, 11b) und eine Reaktionskammer (12a, 12b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das erfindungsgemäße Mikroreaktionsgefäß (1) und das weitere Mikroreaktionsgefäß (10a, 10b) jeweils mindestens einen seitlichen Verbindungskanal (7, 9, 13, 14) aufweisen, über den die mindestens zwei Mikroreaktionsgefäße (1, 10a, 10b) fluidisch untereinander verbunden sind.

23. Verfahren zur Abgabe einer Flüssigkeit aus einem Mikroreaktionsgefäß oder einer Anordnung von Mikroreaktionsgefäßen, bei dem mindestens eine Auslaßöffnung durch Einwirken einer äußeren Kraft oder/und durch lokale Wärmezufuhr erzeugt wird.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Gasdruckstoß die Auslaßöffnung erzeugt und die Flüssigkeit zumindest teilweise abgegeben wird.

25. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der zu erzeugenden Auslaßöffnung eine dünne Kunststoffschicht durch lokale Wärmezufuhr erweicht, geschmolzen oder zerstört wird.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine elektrische Widerstandsheizung oder eine elektrische Entladung lokal Wärme zugeführt wird.