DE19949561A1 - Lösbares Verbindungselement für Fluidleitungen - Google Patents

Abstract

Ein lösbares Verbindungselement für kapillare Fluidleitungen an Labor- und Analysegeräten und als Koppelglied zwischen Fluidleitungen zur Zuführung von Analyseproben und chemischer und biologischer Reagenzien ist dadurch gekennzeichnet, daß auf die Fluidöffnungen (5) der zu verbindenden Kupplungsteile (8; 4), wie strukturierte Keramik- oder Waferplatte (1) mit Kanälen (11) und Abdeckplatte (2) und Fluidleitungen (8), poröse Filter (6; 9) befestigt sind, deren äußere Verbindungsflächen bei einer Verbindung mit geringem Abstand (12) nahe beieinander liegen und mit einem Flüssigkeitsfilm benetzt und die Kupplungsteile (8; 4) über eine Schraubverbindung (13) zusammengefügt sind. DOLLAR A Der Filter kann ein Glasfilter, Keramikfilter oder Fließstofffilter sein.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein lösbares Verbindungselement für kapillare Fluidzuleitungen an Labor- und Analysegeräten und als Koppelglied zwischen Fluidleitungen zur Zuführung von Analyseproben und chemischer oder biologischer Reagenzien.

Im Stand der Technik für Laboranwendungen sind vorwiegend Steckverbindungen bekannt, bei denen mindestens ein elastisches Koppelglied über das Endstück eines weiteren Verbindungselementes geführt wird. Nachteilig dabei ist; daß beim Trennen der Verbindung Flüssigkeit austreten und Luft in die Leitungen eindringen kann.

Es werden aber auch Verbindungen hergestellt, indem die Zulauf-Öffnungen der Analysegeräte zunächst mit einem elastischem Stopfen aus Gummi, Kunststoff oder nur mit einer Folie verschlossen sind und eine Kopplung mit einer Zuleitung durch Einstechen einer Hohlnadel in diesen elastischen Stopfen oder Folie erreicht wird. Die Hohlnadel ist dabei zur leichteren Einführung in den Stopfen entsprechend einer Injektionskanüle angeschrägt.

Diese Kapillarverbindungen haben jedoch den Nachteil, daß sie empfindlich gegen Erschütterungen oder Stöße sind und bei wiederholtem Lösen und Zusammenfügen keine ausreichende Abdichtung zwischen elastischem Stopfen und Einsteck-Hohl­ nadel mehr gewährleisten können und damit Funktionsunsicherheit auftritt.

Außerdem kann beim Trennen dieser Verbindung ebenfalls Flüssigkeit austreten und Luft in die Leitung eindringen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein lösbares Verbindungselement der eingangs genannten Art zu schaffen, das nach dem Trennen der Verbindung beidseitig keine Flüssigkeit austreten und keine Luft in die getrennten Leitungsteile eindringen läßt und eine wiederholte Trennung ohne Beschädigung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf die Fluidöffnungen beider Kupplungsteile poröse Filter eingesetzt und befestigt sind, die aufgrund ihrer Porösität und sehr nahem Aneinanderliegen ihrer äußeren Verbindungsflächen nur einen geringen Widerstand für ein durchfließendes Fluid darstellen und bei Trennung der Verbindung aufgrund ihrer hohen Oberflächenspannung gegenüber Luft ein hohes Rückhaltevermögen des in der Leitung befindlichen Fluids aufweisen, so daß weder Flüssigkeit aus der Leitung austreten, noch Luft in das Leitungssystem ein­ dringen kann.

Die eingesetzten porösen Filter sind in ihrer Struktur so beschaffen, daß sie bei Benetzung der Grenz- bzw. Verbindungsflächen nur mit geringen Widerstand fluiddurchlässig sind.

Bei Ausbildung des Filters als Glasfilter, z. B. einem aus Glasgries zusammenge­ friteter Filterkörper, ist dieser auch bei aggressiven Fluiden resistent.

Der Grad der Porösität des Glasfilters wird bestimmt vom erforderlichen Rückhalte­ vermögen für das Fluid einer getrennten Fluidverbindung bzw. das notwendige Rückhaltevermögen bestimmt die Porösität des Filters. Die Glasfilter selbst sind mit ihren äußeren Ringflächen flanschartig in die beiden Kupplungsteile der Verbindung eingesetzt und sicher verklebt. Vorteilhaft ist dazu ein Klebering verwendet, der bei thermischer Behandlung eine sichere Klebverbindung herstellt.

Die Abdichtung der beiden Kupplungsteile zueinander wird durch einen Nullring erreicht, während beide Kupplungsteile der Verbindung über ein Gewinde oder ein Bajonett verschraubt sind. Diese Verschraubung bietet den Vorteil einer Justage­ möglichkeit der sich gegenüberstehenden Filterflächen, obwohl eine solche Einstellung kaum erforderlich ist. In verbundenem Zustand des Verbindungsele­ mentes wird bedingt durch das gewählte Filtermaterial dem Durchfluß des Fluids nur ein geringer Widerstand entgegengesetzt. Es genügt dabei, daß zwischen den äußeren sich gegenüberstehenden Filterflächen sich ein geschlossener Fluidfilm ausbildet.

Nach dem Trennen des Verbindungselementes wird der Fluidfilm unterbrochen und es stellt sich wieder eine hohe Oberflächenspannung an den jeweils äußeren Filterflächen ein, die ein Herauslaufen des Fluids verhindert. Ebenso ist ein Eindringen von Luft in die Fluidleitung ausgeschlossen.

Beim wiederholtem Verbinden der beiden Kupplungsteile wird durch Benetzen der Filteroberflächen mit Fluid die Oberflächenspannung zerstört und der Fluß wird wie oben beschrieben gesichert.

Dieses Verbindungselement hat weiterhin den Vorteil, daß mehrere Anschlüsse von Fluidleitungen, z. B. bei Anschluß an einem Analysegerät, auf kleinem Raum möglich sind. Die erfindungsbedingten Filter gewährleisten zusätzlich ein Herausfiltern von Schwebstoffen im Fluid.

Der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand eines Ausführungsbeispieles, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein lösbares Verbindungs­ element auf einer mit einer Mikrostruktur versehenen Keramikplatte,

Fig. 2 eine vergrößerte Einzelheit gemäß Fig. 1 mit der Verbindung der Filter an den Kupplungsteilen und der Abdichtung des Verbindungselementes;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein lösbares Verbindungselement als Kupplung einer Fluidleitung;

Das lösbare Verbindungselement, in Fig. 1 sind zwei Verbindungselemente neben­ einander dargestellt, weist auf einem strukturiertem Träger, z. B. einer Waferplatte 1 mit über der Struktur angeordneten Abdeckplatten 2, Öffnungen 3 zwecks Zuführung eines Fluides auf. Für den Anschluß entsprechender Kapillar-Zuleitungen 8, sogenannter Pillars, sind auf die Öffnungen 3 der Waferplatte 1 Gewindeeinsätze 4 aufgesetzt und mit der Waferplatte 1 fest verklebt. Über einer Durchgangsbohrung 5 des Gewindeeinsatzes 4 ist ein Glasfilter 6 aufgesetzt, dessen Durchmesser größer als die Durchgangsbohrung 5 ist. Damit weist der Glasfilter 6 eine Ringfläche an seinem Rand auf, mit der der Glasfilter 6 fest im Gewindeeinsatz 4 verklebt ist. Auf die Klebfläche ist dazu eine Klebefolie 7 aufgelegt, die nach einer Behandlung mit Druck und Wärme eine feste und dichte Verbindung des Glasfilters 6 mit dem Gewinde­ einsatz 4 herstellt.

Das Endstück einer Kapillar-Zuleitung 8 als Koppelelement der Verbindung ist mit einem Außengewinde versehen und kann so mit dem Gewindeeinsatz 4 verschraubt und wieder gelöst werden. In der Stirnfläche der Kapillar-Zuleitung 8 ist ebenfalls ein Glasfilter 9 eingesetzt und ebenfalls mit einer thermischen Klebfolie fest verklebt.

Zwischen beide Koppelelemente des lösbaren Verbindungselementes ist zur Abdicht­ ung ein Nullring 10 eingelegt, der ein Eindringen des Fluids in das Gewinde ver­ hindert.

Beim Einschrauben der Kapillar-Zuleitung 8 in den Gewindeeinsatz 4 werden die äußeren Oberflächen der Glasfilter 6 und 9 mit Fluid benetzt und nahe aneinander geführt, so daß sich zwischen den äußeren sich gegenüberstehenden Filterflächen ein geschlossener Fluidfilm ausbildet.

In verbundenem Zustand des Verbindungselementes wird dem Durchfluß des Fluids nur ein geringer Widerstand entgegengesetzt, der z. B. mit angeschlossenen Pump­ systemen leicht überwunden wird.

Über das Schraubgewinde des Verbindungselementes läßt sich der Abstand der beiden Filter zueinander für einen ungehinderten Durchlaß des Fluids erforderlichen­ falls justieren.

Wie bereits beschrieben, können die Glasfilter durch einen porösen Keramikfilter oder Fließstofffilter ersetzt werden. Der Einsatz richtet sich je nach Aggressivität der verwendeten Fluide.

Bei einer Trennung der lösbaren Verbindung wird der Fluidstrom unterbrochen und es stellt sich an den Filterflächen die hohe Oberflächenspannung gegenüber Luft ein. Infolgedessen stellt sich auch ein hohes Rückhaltevermögen des in der Leitung und im System befindlichen Fluides ein, das ein Auslaufen der Flüssigkeit aus der Leitung und ein Eindringen von Luft in die Leitung verhindert.

Eine Trennung und ein Zusammenfügen der gefluteten Kupplungsteile ist so beliebig oft möglich, ohne daß weitere gesonderte Vorkehrungen zur Entlüftung u. ä. getroffen werden müssen.

In Fig. 2 sind die zweckmäßigen Details der Verbindung vergrößert dargestellt. Der Durchmesser der Glasfilter 6 und 9 ist größer als der Innendurchmesser der Zuleitungen 8 gewählt, um die Randflächen für die Klebverbindungen mit der Klebefolie nutzen zu können. Der Nullring 10 als Dichtring zwischen Zuleitung 8 und Gewindeeinsatz 4 verhindert ein Eindringen des Fluides in das Gewinde.

In Fig. 3 ist das lösbare Verbindungselement als einfache Kupplung für Fluid­ leitungen wiedergegeben. Bei zusammengesetzter Verbindung der Zuleitung 8 mit dem Kupplungsteil 14 ist über die Filter 9 und 15 ein ungehinderter Durchfluß gewährleistet. Bei einer Trennung der gefluteten Kupplungsteile erhöht sich die Oberflächenspannung an den äußeren Filterflächen der Filter 9 und 15 gegenüber Luft und es stellt sich ein hohes Rückhaltevermögen des sich in der Leitung 16 und 17 befindlichen Fluids ein. Ein Auslaufen der Flüssigkeit aus der Leitung und ein Eindringen von Luft in die Leitung wird verhindert.

Claims (8)

1. Lösbares Verbindungselement für kapillare Fluidleitungen an Labor- und Analyse­ geräten und als Koppelglied zwischen Fluidleitungen zur Zuführung von Analyse­ proben und chemischer und biologischer Reagenzien, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Fluidöffnungen der zu verbindenden Kupplungsteile (4; 8), wie strukturierte Keramikplatte (1) mit Kanälen (11) und Abdeckplatte (2) und Fluidzuleitungen (8), poröse Filter (9; 6) befestigt sind, deren äußere Verbindungs­ flächen bei einer Verbindung mit geringem Abstand (12) nahe beieinander liegen und mit einem Flüssigkeitsfilm benetzt und die Kupplungsteile (4; 8) über eine Schraubverbindung (13) oder ähnliches zusammengefügt sind.

2. Lösbares Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die porösen Filter (9; 6) aus einem chemisch resistenten Glasgries bestehen.

3. Lösbares Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die porösen Filter (9; 6) aus einem Keramikfilter bestehen.

4. Lösbares Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die porösen Filter (9; 6) aus einem Fließstofffilter bestehen.

5. Lösbares Verbindungselement nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der strukturierte Keramikkörper (1) mit Gewindeeinsätzen (4) und die porösen Filter (9; 6) mit den Kupplungsteilen (8; 4; 14) mit Hilfe einer Klebefolie (7) ver­ klebt sind.

6. Lösbares Verbindungselement nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebefolie (7) eine druck- und wärmehärtende Folie ist.

7. Lösbares Verbindungselement nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdichtung zwischen den Kupplungsteilen (8; 4) des Verbindungsele­ mentes ein Nulldichtring (10) eingefügt ist.

8. Lösbares Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubverbindung (13) aus einer Bajonettspannverbindung besteht.