DE60312186T2 - Modulares mikrofluidsystem - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Mikrofluidsystem mit einer modularen Konstruktion für einen schnellen Aufbau und Abbau, sowie ein Verfahren der Bereitstellung eines derartigen Systems.
  • Mikrofluidvorrichtungen und -systeme wurden zunehmend bedeutend in den vergangenen Jahren für die Durchführung von großen Zahlen unterschiedlicher chemischer und/oder biologischer Verfahren auf einem handlichen Maßstab, da sie es gestatten, dass eine große Anzahl von chemischen oder biologischen Reaktionen als Teil eines analytischen und/oder synthetischen Verfahrens in einem relativ kleinen Flüssigkeitsvolumen durchgeführt wird. Derartige Miniaturisierte analytische oder synthetische Verfahren sind im Allgemeinen effizienter, erzeugen erhöhte Antwortzeiten und reduzieren das Erfordernis an möglicherweise teuren Reagenzien.
  • Herkömmliche Mikrofluidvorrichtungen und -komponenten wurden auf einem Chip unter Verwendung einer Technologie konstruiert, die analog zu der ist, die in der Siliziumherstellungsindustrie im Allgemeinen befolgt wird, beispielsweise durch Konstruieren der Vorrichtungen in einer planaren Weise mittels Photolithographie und Ätztechniken. Herkömmlich bestand eine Tendenz, insbesondere durch Analogie mit der Miniaturisierung in anderen Bereichen in der Siliziumindustrie, die Entwicklungsbemühungen auf die Miniaturisierung auf einen einzelnen Chip einer kleinstmöglichen Größe der gesamten chemischen, biochemischen und biologischen Verarbeitung, die mit einem speziellen synthetischen und/oder analytischen Verfahren verbunden ist, zu konzentrieren.
  • Derartige Konstruktionen bieten viele Vorteile. Der resultierende Chip jedoch ist relativ unflexibel. Es ist nicht immer einfach, unterschiedliche Materialien und Vorrichtungstechnologien innerhalb eines derartigen einzelnen Chips zu mischen. Die Inspektion, Wartung und Reparatur kann komplex sein.
  • Es ist ein Gegenstand der Erfindung, ein Mikrofluidsystem bereitzustellen, das eine verbesserte Flexibilität bietet und das manche oder alle Nachteile von integralen Einzelchipsystemen abschwächt.
  • Es ist ein spezieller Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein modulares Mikrofluidsystem bereitzustellen, in dem verschiedene unterschiedliche Mikrofluidkomponenten leicht in ein vollständiges System aufbaubar und abbaubar sind, um eine verbesserte Flexibilität und Nützlichkeit zu bieten.
  • Folglich wird gemäß der vorliegenden Erfindung in einem ersten Aspekt ein modulares Mikrofluidsystem wie in Anspruch 1 beansprucht bereitgestellt. Es umfasst zumindest eine Grundplatte, die eine Mehrzahl strömungsmäßig verbundener Fluidzufuhröffnungen auf einer oder beiden Seiten davon aufweist, eine Mehrzahl von Mikrofluidmodulen, die eingerichtet sind, abnehmbar an der Grundplatte angebracht zu werden, wobei jede davon eines oder mehrere Fluideinlässe und/oder -auslässe aufweist, sowie eine Mehrzahl von Fluidkupplungen, um eine trennbare, im Wesentlichen fluiddichte Fluidbindung zwischen einem Modul und einer Grundplatte über eine Zufuhröffnung auf der Grundplatte und einen Einlass/Auslass auf dem Modul zu bewirken.
  • Vorzugsweise umfasst das System ferner zumindest eine Fluidquellenöffnung, die strömungsmäßig damit verbunden ist, um Fluid aus der Quelle an das System zuzuführen, und/oder zumindest eine Fluidauslassöffnung, die strömungsmäßig damit verbunden ist, um Fluid aus dem System abzugeben. Die Quellen- und/oder Auslassöffnungen können in direkter Kommunikation mit der Grundplatte oder über Module bereitgestellt sein. Eine Mehrzahl von derartigen Fluidquellenöffnungen und/oder Fluidauslassöffnungen kann bereitgestellt werden.
  • Die Fluidzufuhr kann gasförmig oder flüssig sein. Es kann mehr als ein Fluid an ein beliebiges gegebenes System zugeführt werden.
  • Gemäß der Erfindung ist der Mikrofluidkreislauf auf der Grundplatte aufgebaut, wobei das System in modularer Weise auf den Grundplattenchip aufgebaut ist, anstatt damit in herkömmlicher Weise integral ausgebildet zu sein. Fluid wird an das konstruierte Mikrofluidsystem über eine Fluidquellenöffnung in der Grundplatte oder durch direktes Einführen in ein Modul zugeführt. Der Grundplattenchip ist vorzugsweise mit einem Muster von zumindest teilweise miteinander verbindenden Mikrofluidkanälen konstruiert, um eine Mehrzahl von Fluidkanälen und/oder -kammern bereitzustellen, die in Fluidkommunikation bei zumindest manchen der Zufuhröffnungen miteinander und/oder mit der Quellenöffnung verbinden. Die Fluidzufuhrdurchtritte innerhalb der Module agieren in Zusammenwirkung damit, um einen gewünschten Mikrofluidkreislauf zu vervollständigen, wenn die modulare Struktur aufgebaut wird, wobei der Kreislauf dazu dient, Fluid an miteinander verbindende Punkte auf der Platte und folglich an die Module zu verteilen. Das aufgebaute System kann eine Mehrzahl derartiger Kreisläufe bereitstellen, die in Verbindung miteinander oder unabhängig voneinander funktionieren.
  • Die Erfindung bietet signifikante Vorteile, insbesondere in Bezug auf die Flexibilität der Konstruktion in der Verwendung, im Vergleich zu Systemen des Standes der Technik. Verbindungen des Chipmoduls an die Grundplatte können bequemerweise kompakt und einfach hergestellt werden, während zur selben Zeit Verbindungen zwischen der Platte und externer Ausrüstung gut etablierte Verbindungen oder Schnittstellen zu dieser Ausrüstung verwenden können. Das Mischen von verschiedenen Materialien und Vorrichtungstechnologien ist möglich (beispielsweise Glaschips auf einer Polymerplatte). In derselben Weise wird eine Wahl von externen Systemen wie beispielsweise externen Pumpen sowie auf der Platte oder Moduloberfläche montierte Pumpen und Ventile etc. geboten.
  • Das System der Erfindung bietet eine Flexibilität der Wahl des Designs. Beispielsweise kann ein einfaches Grundplattendesign mit austauschbaren komplexen Modulen bereitgestellt werden, oder komplexe Systeme können innerhalb der Grundplatte eingeschlossen werden, wobei die daran anbringbaren Module einfach und/oder wegwerfbar sind. Dichtungen und Verbindungen zwischen Modul und Platte können gemäß der Modulfunktion gewählt werden.
  • Das Gesamtsystem stellt eine einfache Inspektion und Wartung, Flexibilität der Verwendung und Einfachheit der Reparatur an den Systemen, beispielsweise durch Ersetzen lediglich eines Moduls, das defekt ist, statt des gesamten Systems, bereit.
  • Ein Mikrofluidmodul gemäß der Erfindung umfasst eine oder mehrere Mikrofluidvorrichtungen. Wie hierin verwendet, kann eine Mikrofluidvorrichtung jedes beliebige bekannte Element eines Mikrofluidsystems umfassen, einschließend, ohne Beschränkung, eine aktive Vorrichtungseinheit, wie beispielsweise einen Reaktor, eine Heizvorrichtung, eine Kühlvorrichtung, einen Analysator, einen Detektor, einen Mischer, einen Prozessor, einen Separator oder dergleichen, eine Fluidfunktionseinheit, wie beispielsweise eine Pumpe, ein Ventil, einen Filter oder dergleichen oder lediglich einen Fluidkanal, eine Kammer oder einen Verteiler, um einen speziellen Mikrofluidkreislauf zu vervollständigen.
  • Mikrofluidvorrichtungen gemäß der Erfindung können dreidimensional oder im Allgemeinen planar sein. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Vorrichtungen im Allgemeinen planar. Jedes Modul weist eine im Allgemeinen planare Konstruktion auf, um auf eine im Allgemeinen planare Grundplatte eingearbeitet zu werden. Einlass/Auslassöffnungen sind am bequemsten auf einer der planaren Flächen eines derartigen Moduls bereitgestellt. Zufuhröffnungen sind am bequemsten auf einer planaren Fläche auf der Grundplatte bereitgestellt, und (eine) Quellenöffnung(en) kann/können an einer Kante oder Kantenfläche oder derselben oder gegenüberliegenden planaren Fläche davon bereitgestellt sein.
  • Insbesondere weist jedes Modul vorzugsweise eine im Allgemeinen planare Sandwichkonstruktion auf, umfassend zumindest eine innere Sandwichschicht, die einen Fluidkanal und/oder Kammerabschnitt definiert, und zumindest eine Deckschicht, die selbigen abdeckt und ein Einschließen bewirkt. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Modul zumindest eine Sandwichschicht, die einen eingeschlossenen Fluidkanal und/oder Kammerabschnitt definiert, beispielsweise bestehend aus gepaarten Sandwichelementen, wobei Kanäle in die Oberfläche von zumindest einem dieser derart hergestellt sind, dass das zusammengebaute Paar eine derartige Einschließung mit Deckschichten auf jeder Seite davon definiert. Weitere dazwischen liegende Schichten können vorhanden sein.
  • Aktive Mikrofluidelemente können innerhalb der so in der Sandwichschicht gebildeten Kanäle und/oder Kammern eingearbeitet werden oder zusätzlich oder alternativ auf der Moduloberfläche in Fluidkommunikation mit den darin befindlichen Kanälen bereitgestellt werden. Eine oder mehrere Einlass und/oder Auslassöffnungen sind bereitgestellt, um eine Fluidkommunikation zwischen dem Kanal und einer äußeren Fläche des Moduls für eine Fluidverbindung mit der Grundplatte zu bewirken. Eine Grundplatte kann ähnlich konstruiert sein.
  • Die Grundplatte und die Module können bequemerweise in geeignetem Kunststoffmaterial hergestellt werden. Sie können aus monolithischen Blöcken eines Materials, aus Sandwichschichten wie oben beschrieben, oder aus dünnen Schichtlaminaten oder Kombinationen davon konstruiert werden. Schichten oder Materialien, die in der Verwendung Fluid kontaktieren, werden vorzugsweise, sofern nötig, aus chemisch widerstandsfähigen bzw. resistenten Kunststoffmaterialien hergestellt, wie beispielsweise Epoxid bzw. Epoxidharz, wobei photobelichtbares Epoxid am meisten bevorzugt ist. Geeignete widerstandsfähige dünne Filmlaminatmaterialien können Epoxid-geklebte PEN-Laminate umfassen. Dies ergibt eine gute Widerstandsfähigkeit mit guter Herstellbarkeit der Fluidkanäle und -kammern. In Sandwichstrukturen werden Deckschichten, die Fluideinlass-/Auslassöffnungen umfassen, die ebenfalls Fluid bei der Verwendung kontaktieren könnten, auch vorzugsweise aus Materialien hergestellt, die eine gute chemische Widerstandsfähigkeit zeigen, beispielsweise Epoxid oder andere Kunststoffe wie beispielsweise Polyetheretherketon (PEEK). Alternativ können Materialien mit einer geeigneten widerstandsfähigen Beschichtung in derartigen Bereichen versehen werden.
  • Die chemischen Eigenschaften von lediglich strukturellen Deck- oder Zwischenschichten können weniger entscheidend sein. Ebenso kann die Materialauswahl weniger entscheidend sein für Komponenten, die für die Verwendung mit Fluiden vorgesehen sind, die eine weniger raue Umgebung darstellen. In diesen Fällen können weniger widerstandsfähige Materialien wie beispielsweise PMMA, PET, Acrylpolymere und dergleichen geeignet sein.
  • Zusätzlich können beliebige Materialien oder Schichten und insbesondere Deckschichten auch für spezielle Eigenschaften modifiziert werden, beispielsweise für Transparenz, für elektrische, magnetische oder dielektrische Eigenschaften, um Befestigungen für extern montierte Mikrofluidvorrichtungskomponenten etc. bereitzustellen. Metallschichten können beispielsweise bereitgestellt oder eingearbeitet werden, um als ein Leiter, ein Heizwiderstand oder anderweitig zu dienen.
  • In der Praxis können verschiedene Teile individueller Komponenten verschiedene funktionelle Erfordernisse aufweisen, beispielsweise bezüglich Transparenz, struktureller Stärke, chemischer Widerstandsfähigkeit etc. Kombinationen von Materialien können verwendet werden, beispielsweise unter Verwendung einer Kombination von Materialien und Komponenten und durch Verwendung von Komposit- bzw. Verbundsubstraten für die Grundplatte und Module, um die beste Kombination der Eigenschaften zu erzielen.
  • Im Falle eines mikrochemischen Reaktors ist es beispielsweise von Vorteil, ein Subtratpolymer zu verwenden, das optisch transparent ist, um eine einfache Inspektion des Fluidwegs zu ermöglichen und/oder Messungen zu erlauben und/oder das thermisch transparent oder transparent bei anderen Wellenlängen ist, für jeden beliebigen Zweck. Es wird jedoch verstanden werden, dass ein leicht verfügbares Polymer mit guter Transparenz, das auch widerstandsfähig gegenüber einem breiten Bereich von Lösungsmitteln ist, die in der synthetischen Chemie verwendet werden, allgemein nicht verfügbar ist. Durch Übernehmen eines Verbundwerkstoff- bzw. Kompositansatzes kann ein Substrat leicht gebildet werden, das eine Verbundstruktur umfasst, die Bereiche von transparentem Material aufweist (nicht zwingend eine hohe chemische Widerstandsfähigkeit zeigend), wo dies benötigt wird, sowie Bereiche von chemisch widerstandsfähigem Material (nicht zwingend eine hohe Transparenz zeigend) zumindest in Bereichen, wo Lösungsmittelkontakt möglich ist, wobei ein Kontakt mit dem weniger widerstandsfähigen transparenten Substratmaterial verhindert wird. Beispielsweise umfasst eine Grundstruktur ein transparentes Material, in das jedoch Einsätze von chemisch widerstandsfähigem Material in dem Substrat in Regionen, wo ein Lösungsmittelkontakt möglich ist, eingeschlossen sind. Alternativ wird eine Grundstruktur von chemisch widerstandsfähigem Material mit "Fenster"-Einsätzen von transparentem Material demselben Zweck dienen. Spezielle Bereiche mit anderer Funktionalität werden sich in ähnlicher Weise einfach aufdrängen.
  • Wie hierin verwendet, wird mikrofluid verstanden werden, dass es sich auf Mikrostrukturen bezieht, die zumindest eine gewisse Sub-Millimeter-Dimensionen aufweisen, wobei Mikrostruktur in diesem Fall verwendet wird, um sich auf eine beliebige einer Reihe von gut bekannten Strukturen in derartigen Systemen zu beziehen, einschließend, jedoch nicht beschränkt auf die hierin zuvor beschriebenen Kanäle und Kammern, die in der Lage sind, einen Durchtritt oder eine Speicherung für ein Fluid bereitzustellen.
  • Gemäß der Erfindung wird eine Mehrzahl von Fluidkopplungen bereitgestellt, um eine fluiddichte Verbindung zwischen zumindest einer Fluidzufuhröffnung auf einer Grundplatte und zumindest einem Einlass/Auslass auf einem Mikrofluidvorrichtungsmodul zu bewirken. Die fluiddichte Verbindung wird vorzugsweise bewirkt durch Presspassung zwischen einer Kopplung und einer Zufuhröffnung, und Kopplungen und Öffnungen sind dementsprechend bemessen und Materialien für deren Herstellung sind dementsprechend ausgewählt, beispielsweise flexibel elastisch zumindest im Bereich der Verbindung zu sein.
  • Diese Presspassung allein kann ausreichend sein, um eine fluiddichte Verbindung aufrechtzuerhalten, zumindest in der Verwendung unter Betrieb eines Drucks von zugeführtem Fluid. Alternativ können Verbindungsmittel bereitgestellt werden, um den Aufbau bei der Verwendung zusammenzuhalten und bei der Aufrechterhaltung einer fluiddichten Verbindung zwischen den Modulen und der Platte zu helfen, indem die Kopplung und die Öffnung in engere Verbindung gedrängt werden und darin mit einer geeigneten drängenden Kraft festgehalten werden. Derartige Verbindungsmittel können beispielsweise Federklemmen, Schrauben, Bolzen, Klammern oder ähnliche mechanische Befestigungen umfassen. Die Verbindungsmittel verbinden Module und Platte miteinander. Es besteht kein Bedarf an speziellen Verbindungsmitteln, die separat mit jeder Kopplungs/Öffnungs-Verbindung verbunden sind. Einer oder wenige mechanische Befestiger können verwendet werden, um ein System zusammenzuhalten, das mehrere Fluidverbindungen macht.
  • Diese Verbindungsmittel werden typischerweise lösbar sein, da es ein Merkmal der Erfindung ist, dass Module einfach in verschiedene Konfigurationen zusammengebaut bzw. aufgebaut werden und geeignet sind, durch einen Benutzer zerlegt bzw. abgebaut zu werden, beispielsweise für einen erneuten Aufbau in andere Konfigurationen. Es wird jedoch erkannt werden, dass unter gewissen Umständen der Benutzer wünschen kann, dauerhaftere Fixierungen zum Halten der Kopplung und der Öffnung in fluiddichter Verbindung auf einer semi-permanenten oder permanenten Basis zu verwenden, beispielsweise durch permanente mechanische Fixierung oder Kleben, und ein System gemäß der Erfindung erlaubt es einem Benutzer, zu wählen, dies zu unternehmen.
  • Bequemerweise umfasst die Verbindung eine lösbare Kopplung, beispielsweise in der Form von Kanalmitteln, die entfernbar in eine geeignete Aussparung in solch einem Einlass/Auslass/Öffnung einführbar ist, um eine fluiddichte kommunizierende Verbindung dazwischen zu bewirken. Derartige Kanalmittel umfassen bequemerweise ein röhrenförmiges Element, insbesondere ein starres röhrenförmiges Element, das beispielsweise parallelseitig ist, das beispielsweise quadratisch oder rechteckig ist, polygonal, oder alternativ einen kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt aufweist, wobei jede beliebige Aussparung, in die ein derartiges röhrenförmiges Element aufzunehmen ist, vorzugsweise entsprechend geformt ist.
  • Ein derartiges röhrenförmiges Element kann eine trennbare und gesonderte Einheit sein. Für die Bequemlichkeit jedoch, insbesondere in Bezug auf die bevorzugte Ausführungsform, wo Grundplatte und Modul im Allgemeinen planare Komponenten umfassen, umfasst das röhrenförmige Element vorzugsweise einen hervorstehenden Bundring, integral mit und hervorstehend von einer ersten Öffnung, umfassend entweder eine Fluidzufuhröffnung in der Grundplatte oder einen Einlass/Auslass im Modul, und angepasst, um in einer Aussparung aufgenommen zu werden, die als eine zweite Öffnung umfasst ist, entsprechend entweder als ein Einlass/Auslass im Modul oder eine Zufuhröffnung in der Grundplatte. Insbesondere ragt der Bundring im Allgemeinen rechtwinklig von einer im Allgemeinen planaren Fläche hervor, um eine Fluidverbindung zwischen einer Grundplatte und einem Modul zu bewirken, das angepasst ist, um im Allgemeinen parallel zu liegen, wenn es verbunden ist.
  • In einer am meisten bevorzugten Form sind Bundringe bereitgestellt, die oberhalb der Oberfläche der Grundplatte hervorragen, um innerhalb von Aussparungen aufgenommen zu werden, die die Einlass/Auslassöffnungen von daran zu befestigenden Modulen umfassen.
  • Bundringe wie oben beschrieben können besondere Vorteile bieten. Das Bundringsystem ermöglicht es, dass totes Volumen im Fluidweg zwischen "Chips" minimiert wird. Die Verwendung von Bundringen gestattet ferner eine höhere Dichte der Verbindungen als andere Passungen bzw. Verbindungen, wie beispielsweise Hochdruckflüssigchromatographie (HPLC)-Verbindungen und dergleichen. Bundringe können hohen Drücken standhalten. Bundringe erfordern im Allgemeinen eine reduzierte Dicke des Materials, in dem sie zu halten sind, verglichen mit der Dicke, die benötigt wird, um ein Schraubengewinde oder eine ähnliche Verbindung zu halten, was viel dünnere Schichten erlaubt, hinab bis auf Schichten, die im Wesentlichen Filme umfassen, um miteinander verbunden zu werden. Einer oder wenige mechanische Befestiger können verwendet werden, um ein System zusammenzuhalten, das mehrere Fluidverbindungen durch die Bundringe herstellt.
  • Die Bundringe stellen eine genaue mechanische Ausrichtung von Fluidelementen sicher, was eine genaue Modulplatzierung einfach macht.
  • Es ist im Allgemeinen einfach, geeignete Bundringaussparungen innerhalb des Materials, das typischerweise für die Verwendung als Grundplatte und Module beabsichtigt ist, einzuarbeiten, was einen Anwendungsbereich für einen Bereich von Bundring- und Aussparungsformen ergibt. Die innere Bohrung und der äußere Durchmesser können innerhalb Grenzen variiert werden, was es möglich macht, dass im Bundring Mikrofluidfunktionalität eingearbeitet wird. Beispielsweise könnte in die innere Bohrung eine Filtrationsfunktion eingearbeitet sein, optional umfassend mehrere Löcher (in einer Weise analog zu einem photonischen Kristall). Beispielsweise kann der Bundring zu einer größeren Form modifiziert werden, um eine Reservoirfunktion zu umfassen.
  • Optional kann in die Fluidkopplung eine zusätzliche Funktionalität eingearbeitet werden, dass sie innerhalb eines Fluidkanals darin eine fluidaktive Komponente umfasst, anstatt lediglich als ein Kanal zu dienen. Die Fluidkopplung könnte ein Rückschlagventil, beispielsweise ein Kugelventil, enthalten. Das Kugelventil könnte bequemerweise ein magnetisch schaltbares Ventil sein. Die Fluidkopplung könnte eine Katalysatorfritte enthalten oder es könnte ein Filter eingearbeitet sein. Verschiedene Schalter könnten ausgedacht werden.
  • Es ist möglich eine leitende, beispielsweise metallische, Fluidkopplung wie beispielsweise einen Metallbundring zu verwenden, um sowohl eine elektrische als auch eine Fluidverbindung zwischen Modulen und/oder Platten zu bewirken. Eine derartige metallische Kopplung könnte optional mit einer Isolierungsschicht auf einer fluid- und/oder modulkontaktierenden Oberfläche bereitgestellt sein, wobei ein elektrischer Kontakt zwischen Modulen und/oder elektrischer Kontakt mit Fluid darin bewirkt wird. Ein bundringbasierendes Design bietet insbesondere eine Flexibilität darin, dass das System einfach mit weiteren funktionellen Verbindungen (z. B. magnetischen, optischen) entweder integral mit oder separat vom Bundring bereitgestellt werden kann.
  • Optional kann der Bundring einen Verschluss einarbeiten oder damit bereitgestellt sein, zum Verschließen eines Weges, der in einer speziellen Vorrichtungskombination nicht verwendet wird, was eine Redundanz in der Wahl des Weges in der Grundplatte beispielsweise während der sofort betriebsbereiten bzw. Plug-and-Play-Verwendung erlaubt. Der Verschluss kann einen Spund bzw. Stöpsel umfassen, der von einem Benutzer anzuwenden ist, oder ein integrales Verschlussventil, das angepasst ist, um manuell betrieben zu werden, oder um automatisch bei der Einführung des Bundrings in die Aussparung zu arbeiten.
  • Die Erfindung hierin zuvor wurde bezüglich einer einzelnen Grundplatte mit einer Mehrzahl von Modulen beschrieben, die darauf in einer einzigen Schicht angeordnet sind. Es wird leicht verstanden werden, dass die Erfindung nicht derart beschränkt ist. Eine spezielle Flexibilität der Erfindung ist die, dass sie eine Mehrniveaustapelung von Modulen und/oder primären Grundplatten und/oder Zwischenniveauplatten gestattet. Derartige Zwischenniveauplatten können dazu dienen, dass sie lediglich Fluidverbindungen in der Form von Kanälen, Kammern oder dergleichen bereitstellen, oder sie können auch aktive Mikrofluidkomponenten umfassen. Gleichsam wird verstanden werden, dass die Erfindung modulare Strukturen umfasst, die eine Mehrzahl von Modulen wie hierin zuvor beschrieben und zumindest eine primäre Grundplatte umfassen, wobei die Grundplatte auch optional mit aktiven Mikrofluidkomponenten bereitgestellt ist.
  • Bezugnahmen hierin zuvor auf Merkmale der primären Grundplatte werden verstanden werden, dass sie gleichermaßen auf derartige Zwischenniveauplatten anwendbar sind. Zwischenniveauplatten können konstruiert werden wie oben beschrieben und bevorzugte Merkmale davon werden durch Analogie gebildet werden. Insbesondere sind Platten vorzugsweise planar, und vorzugsweise von einer Sandwichkonstruktion wie oben.
  • In Ausführungsformen, die ein derartiges Mehrniveaustapelsystem umfassen, wird jede beliebige Komponente, die angepasst ist für die Verwendung bei einem Zwischenniveau, zumindest eine Einlassöffnung auf einer ersten "unteren" Oberfläche und zumindest eine Auslassöffnung an einer zweiten "oberen" Oberfläche umfassen (wobei verstanden wird, dass untere und obere als eine Bequemlichkeit hierin verwendet werden, um auf Oberflächen Bezug zu nehmen, die proximal und distal zur Grundplatte angeordnet sind, und nicht um eine beliebige beschränkende Orientierung zu implizieren). Bezugnahmen hierin auf Einlässe/Auslässe in einem Modul werden verstanden werden, dass sie gleichsam, wo dies angemessen ist, auf eine derartige untere Öffnung zutreffen, und Bezugnahmen hierin auf eine Grundplattenfluidzufuhrvorrichtung werden verstanden werden, dass sie gleichsam, wo dies angemessen ist, auf eine derartige obere Öffnung in einer Zwischenniveaukomponente zutreffen. Es ist insbesondere einfach, mehrere Schichten unter Verwendung der bevorzugten Bundringausführungsform zu stapeln.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Fluidverbindungen durch hervorstehende Bundringe zwischen Komponenten, die angepasst sind, um im Allgemeinen parallel zu liegen, bewirkt. In Mehrniveausystemen wird es bequem sein, dass diese Bundringe alle in dieselbe Richtung hervorstehen. Insbesondere sind Bundringe vorzugsweise bei Öffnungen in der oberen Oberfläche der Grundplatte und bei Öffnungen in der oberen Oberfläche aller Zwischenniveaumodule bereitgestellt, um empfangsmäßig in fluiddichter Verbindung mit ausgesparten Abschnitten bei Öffnungen auf der unteren Oberfläche aller Zwischenniveaukomponenten und aller obersten Niveaukomponenten in Eingriff zu stehen.
  • Die Befestigung eines Moduls an der Platte, oder eines oberen Schichtmoduls an einem unteren Schichtmodul in Mehrschichtsystemen, kann durch jede beliebige geeignete lösbare Befestigungseinrichtung erreicht werden, einschließend, ohne Beschränkung auf, Schrauben oder Schraubenfixierungen, Bajonettverbindungen, ob schnell lösbar oder nicht, Schiebe- und Schnapppassungsverbinder, Vakuum- oder mechanische Klemmverbindungen, lösbare gegenseitig eingreifende elastische Haken- und Filzkissen, Haken, Klammern etc. Die Fluidkopplungen selbst, speziell in der bevorzugten Form als Kanalmittel in Presspassung zwischen Paaren von verbundenen Öffnungen, beispielsweise Bundringe, in Eingriff mit Presspassung in Aussparungen, können dabei helfen oder sogar ausreichen, um eine derartige mechanische Verbindung zu bilden. Es werden jedoch üblicherweise zusätzliche mechanische Verbinder bevorzugt.
  • Das System gemäß der Erfindung stellt eine Mehrzahl von austauschbaren Elementen bereit, was es erlaubt, dass eine Mehrzahl von verschiedenen Mikrofluidfunktionen auf einem oder mehreren Niveaus durchgeführt wird.
  • Gemäß der Erfindung ist in einem weiteren Aspekt ein Verfahren der Bereitstellung eines Mikrofluidsystems als ein modularer Aufbau wie in Anspruch 19 beansprucht bereitgestellt. Insbesondere umfasst das Verfahren die Schritte:
    Bereitstellen mindestens einer Grundplatte mit einer Mehrzahl von strömungsmäßig verbundenen Fluidzufuhröffnungen auf einer oder beiden Seiten davon und einer Mehrzahl von Fluidkanälen und/oder -kammern, die in Fluidverbindung mit zumindest einigen der Zufuhröffnungen verbinden;
    Bereitstellen einer Mehrzahl von Mikrofluidmodulen, von denen jedes einen oder mehrere Fluideinlässe und/oder -auslässe und zumindest einen Fluidkanal oder eine Fluidkammer in Fluid- bzw. Strömungsverbindung dazwischen aufweist;
    Verbinden der Module mit der Grundplatte über Fluidkupplungen, die angepasst sind, um eine lösbare fluiddichte Verbindung dazwischen über eine Zufuhröffnung auf der Grundplatte und einen Einlass/Auslass auf dem Modul zu bewirken;
    derart dass die Fluidkanäle oder -kammern innerhalb der Module mit den Fluidkanälen oder -kammern in der Grundplatte zusammenwirken, um einen gewünschten Mikrofluid-Kreislauf zu vervollständigen.
  • Andere Merkmale des Verfahrens werden durch Analogie verstanden werden.
  • Die Erfindung wird nun lediglich beispielhalber mit Bezug auf die 1 bis 8 der beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen gilt:
  • 1 stellt im Querschnitt dar, wie eine Fluidverbindung zwischen Komponenten gemäß der Erfindung bewirkt wird;
  • 2 ist eine schematische Darstellung einer einfachen Grundkonstruktion einer Mikrofluidvorrichtung für die Verwendung mit der Erfindung;
  • 3 ist ein beispielhaftes Mikroreaktorsystem, das die Prinzipien der Erfindung anwendet;
  • 4 ist eine Draufsicht der Grundplatte des Reaktors von 3;
  • 5 ist ein auf dem Chip befindlicher Verteiler vom Reaktor von 3;
  • 6 ist eine Draufsicht einer ersten aktiven Mikrofluidvorrichtung vom Reaktor von 3;
  • 7 ist eine Draufsicht einer zweiten aktiven Mikrofluidvorrichtung vom Reaktor von 3;
  • 8 ist eine Draufsicht einer dritten aktiven Mikrofluidvorrichtung vom Reaktor von 3;
  • 9 und 10 sind Beispiele von Komposit-Mikrofluidvorrichtungs-/Substratanordnungen, die eine Kombination von Materialien verwenden, um die beste Kombination von Eigenschaften zu erreichen;
  • 11 und 12 sind Beispiele von Reaktorchipanordnungen, die die Komposite von 9 und 10 verwenden.
  • 1 stellt im Querschnitt das Grunddesign der Fluidverbindung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung der hervorstehenden Bundringe dar.
  • In 1 schematisch dargestellt sind eine Grundplatte 1, eine erste Niveaukomponentenschicht 2 und eine zweite Niveaukomponentenschicht 3. Die drei Schichten sind in einer Explosionsansicht zerlegt, jedoch für den Zusammenbau ausgerichtet, gezeigt.
  • Eine Fluidverbindung innerhalb des Systems wird bewirkt durch Einführen von Bundringen 7, 9, die jeweils an einer oberen Zufuhröffnung in der Grundplatte 1 und an einer oberen Auslassöffnung in der ersten Niveauplatte 2 bereitgestellt sind, die in den Aussparungen 6, 8 aufgenommen werden, die jeweils in einer unteren Oberfläche der ersten Niveauplatte 2 und in einer unteren Oberfläche der zweiten Niveauplatte 3 bereitgestellt sind. In der Ausführungsform verwendet die Verbindung einfache parallelseitige Löcher zur Verwendung von PTFE-Röhren, die die Bundringe 7, 9 ausbilden, obwohl verstanden wird, dass komplexere Löcher und Bundringe möglich sind. Die Bundringe werden innerhalb der Löcher in Presspassung festgehalten, um eine fluiddichte lecksichere Verbindung bereitzustellen.
  • Im gezeigten Beispiel wird die Fluidzufuhr über eine Einlassfluidquellenöffnung 10, umfassend flexibles Rohrmaterial 11 von 1/16 Inch (1,5 mm) Durchmesser, festgehalten innerhalb von HPLC-Fittings bzw. -Verbindungen 12, bewirkt. Der Fluidweg ist durch die dunkle Linie 14 gezeigt.
  • Um die modulare Struktur in einem Laborsystem zusammen- bzw. aufzubauen, wird eine mechanische Last in Richtung der Pfeile L angewendet, um ein Eingreifen zwischen den Bundringen 7, 9 und den Aussparungen 6, 8 zu bewirken. Zusätzliche mechanische Fixierungen (nicht gezeigt) können bereitgestellt werden, um eine sicherere mechanische Verbindung zwischen den Komponenten 1, 2, 3 sicherzustellen.
  • Eine einfache schematische Vorrichtungskonstruktion ist in der Explosionsansicht in 2 dargestellt. Die Beispielvorrichtung weist eine Sandwichschichtstruktur auf, die eine äußere Grund- bzw. Basisschicht 21 aus Polyetheretherketon (PEEK), ein Paar von Innenschichten 22 aus photobelichtbarem Epoxid und eine obere Schicht 24 aus Polymethylmethacrylat (PMMA) sowie innere Schichten 22 umfasst. Kanalmittel 23 sind in der inneren Epoxidsandwichschicht 22 bereitgestellt, um die notwendige Mikrofluidmikrostruktur bereitzustellen. Fluidöffnungen 25 durch die obere Schicht 24 ergeben eine Fluidkommunikation von einer Oberfläche der vervollständigten Vorrichtung zu den Kanalmitteln 23, die eingeschlossene innere Kanäle bilden, sobald die zwei in der Explosionsansicht von 2 dargestellten Teile zusammengebaut sind.
  • Die Sandwichschichtelemente 22 und die obere Schicht 24 kontaktieren das Fluid bei der Verwendung jeweils in den Kanälen 23 und den Öffnungen 25. Folglich werden diese aus Materialien hergestellt, die eine gute chemische Widerstandsfähigkeit zeigen, im Beispiel jeweils photobelichtbares Epoxid und PEEK. Eigenschaften der lediglich strukturellen unteren Schicht 21 sind weniger entscheidend.
  • Die einfache schematische Darstellung in 2 stellt keine aktiven Mikrofluidvorrichtungen dar. Es wird verstanden werden, dass diese geeigneterweise innerhalb der Kanäle selbst (beispielsweise insbesondere, wenn diese die Form von Pumpen, Ventilen, Filtern oder dergleichen annehmen) eingearbeitet werden können, oder auf einer Moduloberfläche in Fluidkommunikation mit den Kanälen 23 eingearbeitet werden können.
  • Ein Mikrofluidreaktionssystem gemäß der Erfindung ist in Draufsicht in 3 dargestellt. Der Reaktor umfasst Einlässe für zwei Zufuhrfluide ("Fluid A" und "Fluid B"), und stellt drei Verarbeitungsströme ("Strom 1", "Strom 2", "Strom 3") bereit.
  • Der Reaktor umfasst eine Grundplatte 31, die eine Mehrzahl von Fluidzufuhrkanälen 32 darin einarbeitet. Die Grundplatte weist eine Anzahl von Mikrofluidkomponenten darauf montiert auf, die ein Verteiler 34 sind, um das Zufuhrfluid A, B in die drei Ströme (Ströme 1, 2, 3) aufzuteilen, und dann innerhalb jedes Stroms eine Serie von Modulen, umfassend einen Mixerchip 35, einen Detektorchip 36, einen Reaktorchip 37 und einen weiteren Detektorchip 36. Diese Komponenten sind separat in den 4 bis 8 gezeigt.
  • Ein System, das gemäß den Prinzipien der Erfindung wie in 3 dargestellt konstruiert ist, bietet eine bemerkenswerte Einfachheit und Flexibilität, wobei eine Anzahl von Vorteilen gegenüber herkömmlichen Designs bereitgestellt wird. Insbesondere ermöglicht es die Verwendung von größeren Verbindungskomponenten und eine Skalierung von der Makro- in die Mikrowelt durch Mikrofluid-"Fächerung" (Übergang von einem großen Abstand zu einem kleinen Abstand zwischen den Fluidkanälen). Verbindungen vom Chip zur Platte ermöglichen eine enge Packung der Verbindungen auf <2 mm im Quadrat bei gepackter Beabstandung oder <1 mm bei versetzter Beabstandung.
  • 4 stellt in Draufsicht die Grundplatte 31 von 3 ohne die befestigten Komponenten dar. Die Fluidkanalmittel, die innerhalb der Grundplatte 31 bereitgestellt sind, sind deutlicher dargestellt.
  • Der Verteiler 34 von 3 ist in größerem Detail in der Draufsicht von 5 dargestellt. Es kann von 5 gesehen werden, wie der Verteiler von einem einzelnen Einlass die zwei Fluide (Fluid A, Fluid B) empfängt und sechs Auslässe, 1 bis 6, erzeugt, wobei eine gepaarte Zufuhr von Fluid A und Fluid B an die drei in 3 dargestellten Ströme bewirkt wird.
  • Die Vorrichtung ist gemäß den Prinzipien von 2 konstruiert. Die Kanalgröße im Beispiel ist 150 μm mal 50 μm. Die Streckenführung wird bewirkt durch 300 μm Kanäle. Die Gesamtgröße der Vorrichtung ist 62 mal 72 mal 4 mm.
  • 6 stellt in Seitenansicht (oben) und Draufsicht (unten) den Mikromixerchip von 3 dar. Der Mikromixerchip empfängt zwei Fluidströme, umfassend Fluid A und Fluid B, jeweils in Einlass A und Einlass B. Diese werden zusammengemischt, wenn sie dem Flusskanal 41 zum Auslass folgen. Der Chip ist von einem grundlegenden Design wie in 2 dargestellt, mit einer Kanalgröße von 100 μm mal 50 μm und einer Gesamtgröße von 45 mal 25 mal 4 mm. Er wird in Position auf der Grundplatte mittels der Klammer 42 festgehalten.
  • 7 ist eine Darstellung eines Reaktorchips 37 von 3, gezeigt in Seitenansicht (oben) und Draufsicht (unten). Fluidflüsse vom Einlass zum Auslass über den Fluidkanal 51 passieren dabei durch den Reaktorabschnitt 53. Der Reaktorabschnitt umfasst ein Katalysatorbett 54, 3 mm im Durchmesser und 2 mm tief, festgehalten von der Schraube im Stöpsel 55. Der Gesamtaufbau weist eine Kanalgröße von 100 μm mal 50 μm auf, eine Gesamtgröße von 36 mal 25 mal 6 mm, und wird in Position gehalten von der Klammer 52.
  • 8 stellt den Detektorchip 36 von 3 in Seitenansicht (oben) und Draufsicht (unten) dar. Fluid fließt vom Einlass zum Auslass über den Flusskanal 61.
  • Der aktive Bereich 68 des Detektors umfasst eine Lichtquelle in der Form einer LED 63 oder einer optischen Faser (nicht gezeigt) zu einer externen Quelle, ein Beugungsgitter 64 sowie einen Lichtkollektor in der Form der optischen Faser 65. Eine Linse 66 in der Vorderseite der Lichtquelle kollimiert das Licht und eine Linse 67 in der Vorderseite der Lichtsammelfaser verbessert die Lichtsammlungseffizienz. Gesammeltes Licht wird zur Spektralanalyse gesendet.
  • Eine zusätzliche elektrische Detektionsfunktion wird über Gruppen von drei Goldmikroelektroden 69, 110 μm breit und 200 μm im Abstand, bereitgestellt. Die Kanalgröße ist 400 μm mal 400 μm, wobei sich eine Gesamtvorrichtungsdimension von 50 mal 30 mal 5 mm ergibt.
  • Es wurde betont, dass Systeme gemäß der Erfindung mit einer verbesserten Funktionalität versehen werden können, indem eine Kombination von Materialien und Komponenten verwendet wird, und indem Kompositsubstrate für die Grundplatte und die Chips verwendet werden, um die beste Kombination von Eigenschaften zu erreichen.
  • Beispielsweise ist es im Falle eines mikrochemischen Reaktors vorteilhaft, ein "Fenster"-Substratpolymer zu verwenden, das transparent ist, um eine einfache Inspektion des Fluidwegs zu ermöglichen, wobei jedoch Einsätze im Substrat in den Regionen eingeschlossen sind, wo ein Lösungsmittelkontakt möglich ist; wobei Kontakt mit dem "Fenster"-Substrat verhindert wird.
  • Ein Beispiel einer derartigen Kompositstruktur ist in 9 gegeben. In der Figur sind verschiedene Materialien durch verschiedene Schattierung repräsentiert, umfassend gemäß dem dargestellten Schlüssel:
  • 71
    Grundplattensubstratmaterial (z. B. PMMA);
    72
    Chipsubstratmaterial (z. B. PMMA)
    73
    photobelichtbares Epoxid
    74
    chemisch widerstandsfähige Einsätze (z. B. PEEK)
    75
    Bundringe (z. B. PTFE)
    76
    Fluidverbinder (z. B. PEEK)
  • Der Einsatz ist einfach ein Zylinder, der das Substrat durchläuft, durch welches ein Fluidweg und eine Aussparung zum Tragen eines Bundrings gebohrt ist. Das Material des Einsatzes kann von chemisch hoch widerstandsfähigen Polymeren wie beispielsweise PEEK oder PTFE, oder in einem härtbaren Harz, gebildet durch Mikroformung oder lithographische Verwendung eines photobildbaren Harzes, ausgewählt sein. Die Einsätze können durch jedes beliebige Verfahren einschließlich maschineller Bearbeitung oder Spritzgießen hergestellt werden.
  • Komplexere Einsätze können den Bundring integral mit dem Einsatz aufweisen. Obwohl dies ein Ersetzen des Bundrings hemmen würde, wäre es eine gute Option für große Arrays von Chips, wo eine Einfügung mehrerer Bundringe zeitaufwändig wäre. Dies ist durch die Elemente 77 in 10 dargestellt, wo andernfalls gleiche Nummern für gleiche Materialien verwendet werden.
  • Das Konzept der Verwendung eines Kompositansatzes, um die benötigten Eigenschaften am optimalen Ort zu erzielen, kann auch auf die Mikrofluidkanalwände ausgedehnt werden. Die Oberflächeneigenschaften der Wände sollten idealerweise den gewünschten Flusscharakteristiken des vom Kanal transportierten Materials angepasst werden. Beispielsweise, wenn ein geringer Wandkontaktwiderstand benötigt wird, ist eine Beschichtung niedriger Oberflächenenergie ein bequemeres Verfahren der Erreichung des gewünschten Effekts, verglichen mit der Herstellung des gesamten Systems in einem Polymer aus niedriger Oberflächenenergie. Beispielsweise reduziert ein photobelichtbares Epoxid, behandelt mit Fluorolink S10 (Ausimont) – ein Di-Triethoxilan, basierend auf einem linearen Perfluorpolyether-Backbone – die Oberflächenenergie auf 13 dyn/cm. Bequemerweise können die Wände der Kanäle alternativ behandelt werden, um sie hydrophil oder hydrophob zu machen oder um Biokompatibilität etc. bereitzustellen.
  • Ein weiterer Vorteil des der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Konzepts von verbundener Grundplatte und Prozessorchip ist die Möglichkeit der Anwendung einer Vergrößerung durch Ausskalierung. Ausskalierung ist der Begriff, der häufig auf eine Steigerung der Ausgabe von einem Prozessorchip angewendet wird, der beispielsweise ein synthetisches Arbeitsverfahren durchführt, durch Vervielfältigen der Anzahl der Prozessorchips. Dies behält die Reaktionsbedingungen für die Kanaldimension optimiert für ein einzelnes Verfahren oder eine Serie von Verfahren bei, die sich andernfalls verändern würden, wenn die Kanaldimensionen vergrößert werden würden, um einen höheren Durchsatz zu erzielen. Dies kann erreicht werden, indem die Grundplatte als ein Verteiler funktioniert, der Reagenzien an ein Array von Prozessorchips zuführt. Der Verteiler kann eine einseitige Eingabe an mehrere Ausgaben von jedem Prozessorchip bereitstellen. Ein Verteiler auf einer Seite kann ein integriertes Eingabe- und Ausgabearray von Kanälen bereitstellen oder eine Seite kann einen Eingabeverteiler bereitstellen und eine Platte auf einem höheren Niveau kann einen Ausgabeverteiler bereitstellen.
  • Beispiele derartiger Anordnungen bzw. Aufbauten, die das Kompositkonzept verwerten, sind in den 11 und 12 gezeigt, die jeweils die Verwendung einer Grundplatte als einen Verteiler zum Zuführen von Fluid parallel zu einem Array von Prozessoren mit mehreren Ausgaben von jedem Prozessorchip sowie die Verwendung von Grundplatten als Eingabe- und Ausgabeverteiler für das Versorgen der Prozessorchips parallel zum Vergrößern durch Ausskalierung oder durch Prozessorreplikation darstellen. Der Schattierungsschlüssel der 9 und 10 ist auf die in den 11 und 12 dargestellten Systeme angewendet.
  • Das Verbindungssystem stellt ein einfaches Mittel der Entwicklung von Verfahren durch eine Serienverbindung von jedem Verfahren bereit, wobei eine Optimierung jedes Verfahrens einfach durch den Austausch von Chips erzielt wird. Sobald eine Serie von Verfahren optimiert ist, können sie bequem in einen einzelnen Chip integriert werden und dann, sofern gewünscht, in Arrays umgewandelt werden, wobei die Grundplatte mehrere Zufuhren für die Verwendung im Hochdurchsatzscreening bereitstellt, oder die Grundplatte als Eingabe- und Ausgabeverteiler für die Verfahrensreplikation zur Vergrößerung oder zum Erzielen eines erhöhten Durchsatzes durch Ausskalierung dient. Auf diese Weise kann eine große Anzahl von Chips aufgestellt werden, um eine Produktionsfähigkeit zu erzielen.
  • Das vollständige System kann ein vollständiger Mischling von Materialien sein, wobei beispielsweise der Grundplattenverteiler aus Polymer, die Bundringdichtungen aus Polymer, die Prozessorchips aus Glas, das Pump- und Ventilsystem aus Metall, möglicherweise mit inneren Polymerdichtungen, etc. sind.

Claims (19)

  1. Modulares Mikrofluidsystem, aufweisend mindestens eine Grundplatte (1, 31), die eine Mehrzahl strömungsmäßig verbundener Fluidzufuhr-Öffnungen auf einer oder beiden Seiten enthält, eine Mehrzahl von Mikrofluidmodulen (35, 36, 37), die eingerichtet sind, abnehmbar an der Grundplatte angebracht zu werden, wobei jede davon eines oder mehrere Fluideinlässe und/oder -auslässe aufweist, und eine Mehrzahl von Fluidkupplungen, um eine trennbare, fluiddichte Verbindung zwischen einem Modul und einer Grundplatte herzustellen über eine Zufuhröffnung auf der Grundplatte, und einen Einlass/Auslass am Mikrofluidmodul, eine Fluidkupplung, die eine Kanaleinrichtung (7, 9) aufweist, welche in eine passend geformte Aussparung in einer Einlass-/Auslass-Öffnung einführbar ist, um eine fluiddichte Verbindung dazwischen zu bewirken.
  2. Modulares Mikrofluidsystem nach Anspruch 1, wobei die Kanaleinrichtung ein starres rohrförmiges Element aufweist, mit einer beliebigen Aussparung, in welche ein solches rohrförmiges Element, das entsprechend geformt ist, aufgenommen werden kann.
  3. Modulares Mikrofluidsystem nach Anspruch 2, wobei das rohrförmige Element einen überstehenden Metallring aufweist, der in eine erste Öffnung integriert ist und darüber hinausragt, die entweder eine Fluidzufuhr-Öffnung in der Grundplatte oder einen Einlass/Auslass im Modul aufweist und der geeignet ist, in eine Aussparung aufgenommen zu werden, die als eine zweite Öffnung enthalten ist, die entweder einem Einlass/Auslass im Modul oder einer Zufuhröffnung in der Grundplatte entspricht.
  4. Modulares Mikrofluidsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Metallring im allgemeinen senkrecht aus der im allgemeinen ebenen Oberfläche der Grundplatte herausragt, um eine Fluidverbindung zwischen der Grundplatte und dem Modul zu bewirken, geeignet, um in verbundenem Zustand im allgemeinen parallel zu liegen.
  5. Modulares Mikrofluidsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kanaleinrichtung einen kreisrunden oder elliptischen Querschnitt aufweist.
  6. Modulares Mikrofluidsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiterhin mindestens eine Fluidquellenöffnung aufweist, die strömungsmäßig damit verbunden ist, um Fluid aus der Quelle an das System zu liefern, und/oder mindestens eine Fluidauslass-Öffnung, die strömungsmäßig damit verbunden ist, um Fluid aus dem System abzugeben.
  7. Modulares Mikrofluidsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Grundplatte mit einem Muster von miteinander verbundenen Mikrofluid-Kanälen aufgebaut ist, um eine Mehrzahl von im Einsatz befindlichen Fluidkanälen und/oder -kammern bereitzustellen, welche durch eine Fluidverbindungen wenigstens einige der Zulauföffnungen untereinender und/oder mit der Quellenöffnung verknüpfen.
  8. Modulares Mikrofluidsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Mikrofluidmodul eine oder mehrere Mikrofluidvorrichtungen aufweist.
  9. Modulares Mikrofluidsystem nach Anspruch 8, wobei die Mikrofluidvorrichtungen Vorrichtungen umfassen, die ausgewählt sind aus einer Liste, welche Reaktor, Heizung, Kühlung, Analysator, Detektor, Mischer, Prozessor, Separator oder Ähnliches, Pumpe, Ventil, Filter oder Ähnliches, Fluidkanal, Kammer oder Verteiler aufweist.
  10. Modulares Mikrofluidsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes Modul im allgemeinen einen ebenen Aufbau aufweist, um in eine im allgemeinen ebene Grundplatte eingebaut zu werden.
  11. Modulares Mikrofluidsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei verschiedene Teile der Platte und/oder Module aus verschiedenen Materialien hergestellt sind, um verschiedene funktionelle Erfordernisse in Bezug auf Transparenz, strukturelle Festigkeit, chemische Betändigkeit oder Ähnliches zu erfüllen.
  12. Modulares Mikrofluidsystem nach Anspruch 11, wobei eine Platte und/oder ein Modul eine zusammengesetzte Struktur aufweist, die, wo erforderlich, Bereiche aus transparentem Material und Bereiche aus chemisch beständigem Material wenigstens in Gebieten aufweist, wo Lösemittelkontakt möglich ist, wobei der Kontakt mit weniger beständigem, tranparentem Substratmaterial vermieden wird.
  13. Modulares Mikrofluidsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Verbindungsmittel vorgesehen sind, um das Gerät beim Gebrauch zusammenzuhalten und die Aufrechterhaltung einer fluiddichten Verbindung dadurch zu unterstützen, dass Kupplung und Öffnung in engeren Kontakt gezwungen und dabei mit einer geeigneten Andruckkraft festgehalten werden.
  14. Modulares Mikrofluidsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die entfernbar einsetzbare rohrförmige Kanaleinrichtung beinhaltet oder ausgestattet ist mit einem Verschluss zum Verschließen eines Leitungswegs, der in einer bestimmten Gerätekombination nicht gebraucht wird.
  15. Modulares Mikrofluidsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die rohrförmige Kanaleinrichtung innerhalb eines Fluidkanals eine flüssigkeitsaktive Fluidkomponente einschließt.
  16. Modulares Mikrofluidsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die rohrförmige Fluidkupplung eine metallische rohrförmige Kanalkupplung, beispielsweise ein Metallring ist, um sowohl eine elektrische wie auch eine strömungsmäßige Verbindung herzustellen.
  17. Modulares Mikrofluidsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend eine Mehrzahl von Modulen, eine Grundplatte und eine oder mehrere Zwischenebenen, die in gleicher Weise wie die Grundplatte aufgebaut sind, wobei die Anordnung zum Zusammenbau zu einem mehrschichtigen Stapel von Modulen und/oder Grundplatten und/oder Zwischenschicht-Platten eingerichtet ist.
  18. Modulares Mikrofluidsystem nach Anspruch 17, wobei die Kanalführungen, die einen starren rohrförmigen Ring umfassen, an Öffnungen in der Oberfläche der Grundplatte und an Öffnungen in der Oberfläche aller Zwischenebenen-Module vorgesehen sind, um zu fluiddichten Verbindungen in Vertiefungen an den Öffnungen in der Unterseite aller Zwischenebenen-Komponenten und aller Deckschicht-Komponenten einzugreifend verbunden zu werden.
  19. Verfahren zum Bereitstellen eines Mikrofluidsystems in modularem Aufbau, aufweisend folgende Schritte: Bereitstellen mindestens einer Grundplatte mit einer Mehrzahl von strömungsmäßig verbundenen Fluidzufuhröffnungen auf einer oder beiden Seiten davon und einer Mehrzahl von Fluidkanälen und/oder -kammern, welche in Fluidverbindung mit mindestens einigen der Zufuhröffnungen stehen; Bereitstellen einer Mehrzahl von Mikrofluidmodulen, von denen jedes einen oder mehrere Fluidein- und/oder -auslässe und mindestens einen Fluidkanal oder eine Fluidkammer in Strömungsverbindung damit aufweist; eine Fluidkupplung, aufweisend eine Kanaleinrichtung, die einführbar ist in eine passend geformte Vertiefung in solch einer Einlass-/Auslass-Öffnung, um eine fluiddichte Verbindung dazwischen zu bewirken; Verbinden der Module mit der Grundplatte über die Fluidkupplungen, um eine lösbare fluiddichte Verbindung dazwischen über eine Zufuhröffnung an der Grundplatte und einem Einlass/Auslass am Modul zu bewirken; so dass die Fluidkanäle oder -kammern innerhalb der Module mit den Fluidkanälen oder -kammern in der Grundplatte zusammenwirken, um den gewünschten Mikrofluid-Kreislauf zu vervollständigen.
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