EP0668500A2 - Chemical microanalyser - Google Patents

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EP0668500A2
EP0668500A2 EP19950101811 EP95101811A EP0668500A2 EP 0668500 A2 EP0668500 A2 EP 0668500A2 EP 19950101811 EP19950101811 EP 19950101811 EP 95101811 A EP95101811 A EP 95101811A EP 0668500 A2 EP0668500 A2 EP 0668500A2
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Patent type
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fluid
chemical
microfluid
microanalyser
microsensor
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Withdrawn
Application number
EP19950101811
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Minh Tan Dr. Pham
Steffen Dr. Howitz
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Forschungszentrum Rossendorf eV
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Abstract

Chemical microanalyser for the dynamic multi-ion detection according to the difference measuring principle is claimed, in which the fluid to be analysed is reacted with carrier or calibrating fluids and the mixed and pure phases are ionometrically detected separately. The analyser consists of a chemical microsensor (12), microcapillaries (1) for fluid transport, and devices for handling the active fluid. The novelty is that, for fluid handling (moving, dosing), microfluid manipulators are arranged and consist of microdrop emitters connected via a closed chamber to a microfluid diode. Microfluid manipulators, pref., 2, are connected to each microsensor as injectors.

Description

  • [0001]
    Die Erfindung betrifft einen chemischen Mikro-Analysator zur Multiionendetektion in Fluidmedien unter Verwendung von chemischen Mikrosensoren auf der Basis der Differenzmessung. The invention relates to a chemical micro-analyzer for multi-ion detection in fluid media using chemical micro-sensors on the basis of the difference measurement.
  • [0002]
    Das Problem Mikrofluidhandling mittels mikrotechnisch hergestellter Aktoren für chemische Analytik tauchte erstmals 1990 in dem Konzept "Miniaturized total chemical analysis system: a novel concept for chemical sensing" von Manz et al. The problem microfluidic handling via microfabricated actuators for chemical analysis first appeared in 1990 in the concept of "Miniaturized total chemical analysis system: a novel concept for chemical sensing" Manz et al. auf [Sensors and Actuators B, 1 (1990) 244-248]. to [Sensors and Actuators B, 1 (1990) 244-248]. Bekannt ist bisher der Einsatz von Membranpumpen und mikromechanischen Ventilen auf der Basis der Si-Technologie in den Entwicklungsarbeiten von Mikroanalysesystemen. is known so far, the use of membrane pumps and micromechanical valves based on Si technology in the development of micro-analysis systems. Van der Schoot et al. Van der Schoot et al. [A silicon integrated miniature chemical analysis system, Sensors and Actuators B6 (1992) 57-60] berichteten über die Verwendung von piezoelektrisch angetriebenen Mikropumpen und Mikroventilen auf mikromechanischem Wirkprinzip. [A silicon integrated miniature chemical analysis system, Sensors and Actuators B 6 (1992) 57-60] have reported the use of piezo-electrically driven micro-pumps and micro-valves on a micro-mechanical principle of operation. Der Problemkreis diesbezüglich ist gegenwärtig noch nicht vollständig erfaßbar, da die Entwicklung noch am Anfang steht. The problem area in this regard is currently not yet fully grasped, because the development is still in its infancy. Erkennbar sind momentan folgende Probleme. Recognizable are currently following problems. Mechanische Ventile können nicht absolut schließen. Mechanical valves can not close completely. Leckraten von 0,25 bis 2,5 ul/min sind in der zitierten Arbeit angegeben worden. Leakage rates of 0.25 to 2.5 ul / min have been given in the cited paper. Die Nachweisgrenze ist dadurch eingeschränkt. The detection limit is restricted. Das zweite Problem ist der große Platzbedarf von solchen mikromechanischen Elementen. The second problem is the large space requirement of such micromechanical elements. Das dritte Problem ist die aufwendige Technologie der Aufbau- und Verbindungstechnik, da die Pumpen- und Ventilstrukturen sehr kompliziert sind. The third problem is the complicated technology of packaging technology, as the pump and valve structures are very complicated.
  • [0003]
    Bezüglich des Mikro-Fluidhandlings sind weiterhin Mikropumpen zum Transportieren von Fluiden nach dem Prinzip der Elektrohydrodynamik [A. With respect to the micro-fluid handling remain micro-pumps for transporting fluids according to the principle of electro hydrodynamics [A. Richter, A. Plettner, KA Hofmann and H. Sandmaier, Electrohydrodynamic pumping and flow measurement, 4th IEEE Workshop on Micro Electro-Mechanical Systems, 30.1 - 2.2.1991, Nara, Japan] und des elektroosmotischen und elektrophoretischen Pumpens [CS Effenhauser, A. Manz und HM Widmer, Glass chips for high-speed capillary electrophoresis separations with submicrometer plate heights, Anal. Richter, A. Pletcher, KA Hofmann and H. Sand Maier, Electro Hydrodynamic pumping and flow measurement, 4th IEEE Workshop on Micro Electro-Mechanical Systems, 30.01 - 02.02.1991, Nara, Japan] and the electroosmotic and electrophoretic pumping [CS Effenhauser, A . Manz and HM Widmer, Glass chips for high-speed capillary electrophoresis separations with submicron plate heights, Anal. Chem. 65 (1993) 2637-2642; Chem. 65 (1993) 2637-2642; DJ Harrison, Z. Fan, K. Seiler and K. Flurri, Miniaturized Chemical Analysis Systems based on Electrophoretic Separations and Electroosmotic Pumping, 7th Inter. DJ Harrison, Z. Fan, K. Seiler and K. Flurri, Miniaturized Chemical Analysis Systems based on electrophoretic separation and Electroosmotic Pumping, 7th Inter. Conf. Conf. on Solid-State Sensors and Actuators, June 7 - 10, 1993 Yokohama, Japan, Digest of technical papers, pp. on Solid-State Sensors and Actuators, June 7-10, 1993 Yokohama, Japan, Digest of technical papers, pp. 403-406] vorgestellt worden. 403-406] were presented. In den zitierten Arbeiten werden Labormuster auf der Basis der mikrotechnischen Verfahren der Si-Technologie beschrieben. In the cited work laboratory patterns are described on the basis of micro-technical process of the Si technology. Beiden Prinzipien gemeinsam ist die Voraussetzung, daß ein starkes elektrisches Feld innerhalb des Fluids besteht, für dessen Erzeugung Spannungen von einigen hundert Volt bis Kilovolt und Elektroden in direktem Kontakt mit dem Fluidmedium erforderlich sind. common to both principles is the requirement that a strong electric field exists within the fluid, voltages of several hundred volts to kilovolts and electrodes required for the generation of which is in direct contact with the fluid medium. Der Einsatz beschränkt sich auf nichtwässrige oder niederleitfähige Fluidmedien. The use is limited to non-aqueous or low conductive fluid media. Darüber hinaus besteht das Problem der Leckrate, die die Dosiergenauigkeit im Submikroliter-Bereich einschränkt. There is also the problem of the leak rate that limits the dosage accuracy in the sub-microliter range.
  • [0004]
    Der Erfindung liegt die Aufgabe zur Realisierung eines chemischen Mikro-Analysators mit einem neuen Konzept des Fluidhandlings zur Beseitigung der genannten Probleme zugrunde. The invention has for its object to realize a chemical micro-analyzer with a new concept of fluid handling solutions to address the above problems. Erreicht werden soll eine Verbesserung bezüglich der Handhabbarkeit des Systems, der Herstellungskosten sowie der Genauigkeit bei Fluiddosierung und Transport. This will be achieved an improvement in the manageability of the system, the production costs and the accuracy in fluid dispensing and transport.
  • [0005]
    Die Aufgabe wird entsprechen den Patentansprüchen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß unter Verzicht auf das bisherige Konzept mit mikromechanischen Membranpumpen und Ventilen, zur Bewältigung des Fluidhandlings planar aufgebaute Mikrofluidmanipulatoren eingesetzt werden, die aus jeweils über eine geschlossene Tröpfchenkammer mit einer Mikrofluiddiode verbundenen Mikrotropfenemittern bestehen, wobei jedem der für die eigentliche Analyse vorgesehenen chemischen Mikro-Sensoren vorzugsweise 2, mit Kalibrierlösungen verbundene Mikro-Fluidmanipulatoren als Injektor vorgeschaltet sind. The object is meet the claims according to the invention attained in that planar constructed microfluidic manipulators are used, dispensing with the previous concept with micromechanical diaphragm pumps and valves, to respond to the fluid handling, which each consist of an enclosed droplet chamber with a micro fluid diode connected microdroplet emitters, wherein each of the provided for the actual analysis chemical micro-sensors, preferably 2, associated with calibration fluid micro-manipulators are connected upstream of the injector.
  • [0006]
    Die erfindungsgemäße Kombination der Mikrofluidmanipulatoren mit den in gleicher Technik hergestellten Mikrosensoren ermöglicht ein Fluidhandling ohne Membranpumpen und mikromechanische Ventile, womit eine absolute Leckfreiheit erzielt wird, da im Aus-Zustand des Mikrotropfenemitters eine vollständige fluidische Entkopplung zwischen dem Dosierfluid und der Mikrofluiddiode gewährleistet ist. The inventive combination of the microfluidic manipulators with those produced using the same technology micro sensors allows a fluid handling without diaphragm pumps and micro-mechanical valves, whereby an absolute absence of leakage is obtained because a complete fluidic decoupling between the dosing fluid and the micro fluid diode is ensured in the off state of the micro drop emitter. Auf Grund der erfindungsgemäßen Verwendung von Mikrotropfenemittern, welche mittels Steuerfrequenz piezoelektrischer Aktoren Fluide in Einzeltröpfchen emittieren können, wird eine Injektionsgenauigkeit im Pikoliter-Bereich erreicht. Due to the use of micro-drops of emitters which can emit fluids into individual droplets by means of frequency control of piezoelectric actuators according to the invention, an injection accuracy is achieved in the picoliter range. Die Konstruktion des Mikro-Tropfenemitter und der Mikro-Fluiddiode, welche Bestandteile des Mikro-Fluidmanipulators sind, ist wesentlich einfacher als jene bei mikromechanischen Membranpumpen und Ventilen, so daß neben des kleineren Platzbedarfs die Herstellung kostengünstiger ist. The construction of the micro-drops emitter and micro fluid diode, which are components of the micro-fluid manipulator is much simpler than those of micromechanical diaphragm pumps and valves, so that in addition to the smaller space requirements, the manufacture is less expensive.
  • [0007]
    Unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen wird die erfindungsgemäße Lösung an folgenden bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. With reference to the accompanying drawings, the solution of the invention in the following preferred embodiments will be explained. Dabei wird für die Konstruktionselemente Mikro-Fluidmanipulator (MFM), Mikro-Tropfenemitter (MTE) sowie Mikro-Fluiddiode (MFD) die jeweilige Abkürzung verwendet. In this case, micro-fluid manipulator (MFM), Micro-drop emitter (MTE) and micro fluid diode (MFD) is used the respective abbreviation of the construction elements.
  • [0008]
    In Fig. 1 ist der Schnitt durch eine beispielhafte Ankopplung eines MFM an eine mit dem Meßfluid durchströmte Kapillare, in deren weiterem Verlauf ein chemischer Mikrosensor 12 angeordnet ist, dargestellt. In Fig. 1 the section through an exemplary coupling of an MFM of a measurement fluid flowed through the capillary, a chemical micro-sensor 12 is disposed in the further course. Der MFM besteht aus den zwei Haupt-Funktionseinheiten, dem MTE und der MFD. The MFM consists of two main functional units, the MTE and the MFD. Die mit einer externen oder aber in den Chip integrierten Vorratskammer 13 für das Dosierfluid verbundene Kapillare 1, die Fluidkammer 2, die Emitterdüse 3 und der piezoelektrisch angetriebene auf der Fluidkammer 2 plazierte Aktor 4, bilden den MTE. The connected to an external or integrated in the chip storage chamber 13 for the dosing fluid capillary 1, the fluid chamber 2, the Emitterdüse 3 and the piezo-electrically driven placed on the fluid chamber 2 actuator 4, form the MTE. Durch eine Spannungsbeaufschlagung des Aktors 4 werden Dosierfluidtröpfchen in die aus einem gasgefüllten, abgeschlossenen Hohlraum bestehende Tröpfchenkammer 5 emittiert Die vom Mikrotropfenemitter in die Tröpfchenkammer emittierten Fluidtröpfchen benetzen dort die Eingangsoberfläche der MFD 6 die zur Einkopplung des Dosierfluids in den Strömungskanal eingesetzt wird. By a voltage to the actuator 4 Dosierfluidtröpfchen are emitted into the consisting of a gas-filled, sealed cavity droplet chamber 5. The light emitted by the microdroplet emitter in the droplet chamber fluid droplets are wetted there the input surface of the MFD 6 which is used for coupling the Dosierfluids in the flow channel. Diese Mikrofluiddiode besteht aus einer beidseitig offenen Mikrokapillare oder einem System von dicht nebeneinander angeordneten Mikrokapillaren, deren im Strömungskanal anliegende Enden zwangsläufig von der strömenden Flüssigkeit benetzt werden, wobei durch die Kapillarwirkung die strömende Flüssigkeit bis zum gegenüberliegenden offenen Ende der Mikrokapillaren emporspreitet. These micro fluid diode consists of an open on both sides microcapillary or a system of closely juxtaposed microcapillaries whose applied in the flow channel ends are necessarily wetted by the flowing liquid, wherein emporspreitet by the capillary action of the flowing liquid to the opposite open end of the microcapillaries. Unter dem Einfluß der Oberflächenspannung der emporspreitenden Flüssigkeit bildet sich auf jeder dieser Mikrokapillaren auf der Seite der Tröpfchenkammer eine definierte Flüssigkeit-Gas-Grenzfläche, ein sogenannter Meniskus aus. Under the influence of surface tension of the liquid emporspreitenden to any of these microcapillaries on the side of the droplet chamber is a defined liquid-gas interface, a so-called meniscus forms. Mit der Ausbildung jedes Meniskus wird der Vorgang des Spreitens der Flüssigkeit in der entsprechenden Mikrokapillare abrupt abgeschlossen und das Herausfließen der strömenden Flüssigkeit aus dieser Mikrokapillare vollständig verhindert. With the formation of each meniscus, the process of spreading of the liquid in the respective microcapillary is abruptly closed and the flowing out of the flowing liquid from this microcapillary completely prevented. Wird nun das Dosierfluid in den Meniskusbereich der MFD emittiert, kommt es zur schlagartigen Benetzung zwischen beiden Flüssigkeiten und das Dosierfluid kann ohne Hinderung durch die Mikrokapillare in das Innere des Strömungskanales gelangen. If now the dosing fluid emitted in the meniscus region of the MFD, it comes to sudden wetting between the two fluids and the dosing fluid can pass through the microcapillary in the interior of the flow channel without hindrance. Der ungehinderte Eintritt des Dosierfluids über den Meniskus erfolgt über Diffusion und Konvektion. The unhindered entry of Dosierfluids across the meniscus is via diffusion and convection. Die MFD 6 ist hier beispielhaft als eine in Si durchätzte Netzstruktur mit einer Maschenweite von zB 30 x 30 um 2 ausgebildet. The MFD 6 is here exemplified as a through etched in Si network structure with a mesh width of, for example 30 x 2 formed around the 30th Die ausgangsseitige Öffnung 7 der MFD stellt die Verbindung zu einem fließenden Ziel-Fluid her. The output-side port 7 of the MFD makes the connection to a flowing target fluid. Der im weiteren Verlauf der Kapillare angeordnete chemische Mikrosensor 12 ist zB wie in DE P 43 18 407 bereits vorgeschlagen aus, einem in einer Fluidkapillare installierten ISFET 12 aufgebaut, dessen sensitive Fläche zur Erzielung einer optimalen Benetzung mit dem Meßmedium in einer Schnittebene zur Strömungsrichtung angeordnet ist. The arranged in the further course of the capillary chemical micro-sensor 12 is, for example, as described in DE P 43 18 407 already suggested from constructed an installed in a fluid capillary ISFET 12 whose sensitive surface is arranged to achieve optimal wetting with the measuring medium in a sectional plane to the flow direction , Der Kapillar-Stopper 11 gestattet die geforderte Umlenkung der Strömungsrichtung unter Bewahrung einer planaren Konstruktion. The capillary stop 11 allows the required deflection of the flow direction while maintaining a planar structure.
  • [0009]
    Fig. 2 zeigt ein Fließdiagramm für die beispielhafte gesamte Konfiguration eines chemischen Mikro- Analysators zur Detektion von 2 lonenkomponenten, zB NO a - und H +. Fig. 2 shows a flow diagram for the exemplary entire configuration of a chemical analyzer for the detection of micro lonenkomponenten 2, including a NO - and H +. Als chemische Mikrosensoren dienen ISFETs (ionensensitive Feldeffekttransistoren). As chemical microsensors ISFET (ion-sensitive field effect transistors) are used. pH-ISFETs sind an S1 und S2, und pN0 3 -ISFETs an S3 und S4 plaziert. pH-ISFETs are placed at S1 and S2, and pN0 3 -ISFETs at S3 and S4. S2 und S3 sind jeweils 2 MFM vorgeschaltet, welche fluidisch mit Vorratsgefäßen für Kalibrierlösungen K1, K2 (für pH) und K3, K4 (für pN0 3 ) verbunden sind. S2 and S3 are each 2 MFM upstream, which are fluidly connected to storage vessels for calibration K1, K2 (for pH) and K3, K4 (for pN0 3). Ausgangsseitig sind alle ISFETs fluidisch miteinander verbunden. On the output side all ISFETS are fluidly connected. ISFETs an S1 und S4 werden nur von Kalibrierlösung K2 bzw. K4 angeströmt und dienen als Referenzsensoren. ISFETs to S1 and S4 are only flows of calibration K2 or K4 and serve as reference sensors. ISFETs an S2 und S3 werden von Meß- und Kalibrierfluiden angeströmt und als Indikator-Sensoren benannt. ISFETS to S2 and S3 are flow measurement and Kalibrierfluiden and named as an indicator sensors. Der MFM 5 am Eingang dient zur Einkopplung des Meß- bzw. Trägerfluids in den Analysator. The MFM 5 at the input is used for coupling of the measuring or carrier fluid in the analyzer. Am Ausgang ist ein Mikrotropfenemitter (MTE - eine Komponente des MFM) installiert, welcher für den Fluidtransport durch das System sorgt. At the output of a microdroplet emitter (MTE - a component of the MFM) is installed, which provides for fluid transport through the system. Die Differenzmessung erfolgt jeweils zwischen S1 und S2 bzw. zwischen S3 und S4 unter Verwendung einer Pseudoreferenzelektrode aus Platin (RE), welche am Ausgang der Fluidkapillare plaziert ist. The difference measurement is made between each of S1 and S2 and between S3 and S4 using a pseudo-reference electrode of platinum (RE), which is placed at the output of the fluid capillary. Im Meßmodus erfolgt die Einkopplung des Meßfluids über den MFM 5. Im Kalibriermodus werden Kalibrierfluide durch den MFM 1/2 bzw. 3/4 in das System injiziert, während der MFM 5 in dieser Zeit kein Meßfluid einkoppelt. In measuring mode the coupling of the measurement fluid through the MFM done 5. In calibration Kalibrierfluide by the MFM are injected 1.2 or 4.3 in the system, while the MFM 5 at this time couples no measuring fluid. Die Steuerung des Fluidhandlings wird beispielhaft wie folgt organisiert: The control of fluid handling is exemplary organized as follows:
    • MTE ist ständig aktuiert. MTE is constantly actuated. Während der Kalibrierung bleibt MFM5 im Aus-Zustand, MFM 1...4 sind aktuiert. During calibration MFM5 remains in the off state, MFM 1 ... 4 are actuated. Im Meßmodus bleiben MFM 1...4 im Aus-Zustand und MFM 5 ist aktuiert. In the measuring mode MFM remain 1 ... 4 in the off state and MFM 5 is actuated. Während der Messung der Sensor-Offset-Signale bleiben MFM5, MFM1 und MFM3 im Aus-Zustand, dagegen arbeiten MFM2, MFM4 und der MTE. During measuring the sensor offset signals MFM5, MFM1 and MFM3 remain in the off state, however, work MFM2, MFM4 and the MTE.
  • [0010]
    In den Figuren 3 und 4 sind Fließdiagramme für Konfigurationen chemischer Mikroanalysatoren dargestellt, welche beide die Detektion einer lonensorte an einem seriell (vgl. Fig. 3) bzw. parallel (vgl. Fig. 4) liegenden Paar chemischer Mikrosensoren vornehmen können. In Figures 3 and 4 are flow diagrams are shown for configurations chemical microanalyzers, both the detection of ionic species in a serial (see. Fig. 3) or parallel (see. Fig. 4) can make the pair of chemical microsensors located. In beiden Anordnungen wird das Meßfluid durch einen unabhängigen Strömungskanal vom MTE2 permanent durch das System gefördert. In both arrangements, the measurement fluid is conveyed continuously by an independent flow channel from MTE2 through the system. Dieser Kanal ist in den Figuren 3 und 4 jeweils oben dargestellt und besitzt mit MTE1, positioniert über der MFD, die Möglichkeit, daß Meßfluid zum Zwecke der ionometrischen Vermessung in den unteren Strömungskanal zu injizieren. This channel is illustrated in Figures 3 and 4 are respectively top and, with MTE1, positioned over the MFD, the possibility that measurement fluid to be injected for the purpose of surveying ionometrischen into the lower flow channel.
  • [0011]
    In Figur 5 ist die beispielhafte Verkopplung zwischen dem oberen und dem unteren Strömungskanal im Bereich der MFD schematisch dargestellt. In Figure 5, the exemplary coupling between the upper and lower flow channel in the region of the MFD is shown schematically.
  • [0012]
    Der untere Strömungskanal beider Figuren 3 und 4 besitzt neben den Sensoren zur Kalibrierung und Vermessung ebenfalls zwei MTE-Elemente, dies sind der MTE3 zur Injektion des Kalibrierfluides K2 und der MTE4 zum Transport aller Fluide durch den unteren Strömungskanal. The lower flow channel of both Figures 3 and 4 in addition to the sensors for calibration and surveying also has two MTE elements, these are the MTE3 for injecting the Kalibrierfluides K2 and the MTE4 for transport of all fluids through the lower flow channel. Die Sensorpaare S1/S2 in Fig. 3 und S/RE in Fig. 4 bilden die im Differenzmeßmodus betriebenen Meßstellen. The sensor pairs S1 / S2 in Fig. 3 and S / RE in Fig. 4 form the Differenzmeßmodus operated in the measuring points.
  • [0013]
    Der besondere Vorteil dieser Zweikanalanordnungen besteht in der ständigen Auffrischung des Meßfluids an der Injektionsstelle MTE1, dh das in seiner lonenkonzentration veränderliche Meßfluid kann zu jedem Zeitpunkt aktuell injiziert und vermessen werden. The particular advantage of dual-channel arrangements is the constant refreshing of the measurement fluid at the injection site MTE1, that is the variable in its ionic concentration measurement fluid can be injected to date at all times and measured.
  • [0014]
    Chemische Mikroanalysatoren, wie sie in den Figuren 3 und 4 dargestellt werden, bestehen damit aus zwei getrennten Strömungskanälen, dem Strömungskanal zum Transport und zur Aktualisierung des Meßfluides und dem Strömungskanal zur Ausführung der Messung. Dry microanalyzers, such as are shown in Figures 3 and 4, so that consist of two separate flow channels, the flow channel for the transport and for updating the measuring fluid and the flow channel for carrying out the measurement. Beide Strömungskanäle sind über eine gemeinsame MFD miteinander verkoppelt. Both flow channels are coupled together via a common MFD.
  • [0015]
    Zur Erläuterung der Funktionsweise der Meßsysteme in Fig. 3 und 4 muß zwischen Offset-Kalibier- und Meßprozeduren differenziert werden. To explain the function of the measuring systems in FIGS. 3 and 4 must be made between offset Kalibier- and measurement procedures. Die Zustände der MTE1 bis MTE4, es gibt den aktiven und den passiven Zustand, sind für das Vorliegen der entsprechenden Prozedur verantwortlich. The states of MTE1 to MTE4, there are the active and passive state, are responsible for the existence of the appropriate procedure. Während des aktiven Zustandes injiziert der betreffende MTE ein Fluid, im passiven Zustand geschieht dies nicht, dh jeder MTE vereint in sich die Funktionen des Transports und der Absperrung eines Fluides. During the active state of the respective MTE injects a fluid, in the passive state, this does not happen, ie each MTE combines the functions of the transport and the shut-off of a fluid. Die Darstellung der Prozeduren der Meßsysteme aus Figur 3 und 4 in Abhängigkeit der MTE-Zustände ist nachstehend aufgelistet. The representation of the procedures of the measurement systems of Figure 3 and 4 as a function of the MTE states listed below.
  • [0016]

Claims (6)

  1. 1. Chemischer Mikro-Analysator zur dynamischen Multiionendetektion nach dem Differenz-Meßprinzip, bei dem das zu analysierende Fluid mit Träger- und/oder Kalibrierfluiden versetzt und sowohl die Mischals auch die Reinphasen getrennt ionometrisch detektiert werden, bestehend aus chemischen Mikro- sensoren, Mikrokapillaren für den Fluid-Transport sowie aus Einrichtungen für das aktive Fluid- Handling, dadurch gekennzeichnet, daß für das Fluid-Handling (Bewegen, Dosieren) Mikrofluidmanipulatoren angeordnet sind, die aus jeweils über eine geschlossene Tröpfchenkammer mit einer Mikrofluiddiode verbundenen Mikkrotropfenemittern bestehen, und daß jedem chemischen Mikro-Sensor vorzugsweise 2, mit Kalibrier- oder Meßlösungen verbundene Mikro-Fluidmanipulatoren als Injektor vorgeschaltet sind. 1. Chemical micro-analyzer for dynamic multi-ion detection according to the differential measuring principle in which the fluid to be analyzed with carriers and / or Kalibrierfluiden added and both the Mischals the pure phases are ionometrisch detected separately consisting sensors from chemical micro, capillaries for the fluid transport as well as from facilities for the active fluid handling, characterized in that microfluidic manipulators are disposed for the fluid handling (moving and filling), which each consist of an enclosed droplet chamber with a micro fluid diode connected Mikkrotropfenemittern, and that each chemical micro-sensor preferably 2, are connected upstream with a calibration or test samples associated micro-manipulators as fluid injector.
  2. 2. Chemischer Mikro-Analysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl für den FluidEinlaß als auch für den Fluid-Auslaß je ein Mikrotropfenemitter angeordnet ist, und daß jedem Indikator-Sensor vorzugsweise 2 Mikro-Fluidmanipulatoren als Injektoren für Kalibrier- oder Meßlösungen vorgeschaltet sind (Zwischen-Mikro-Fluidmanipulatoren), und daß alle von Meß- und Referenzlösungen angeströmten Indikator-Sensoren parallel oder in Reihe zwischen Ein- und Auslaß geschaltet sind, während die nur von Referenzlösung benetzten Referenz-Sensoren zwischen Auslaß und Kalibrierlösung angeordnet sind. 2. Chemical micro analyzer according to claim 1, characterized in that a microdroplet emitter is arranged both for the fluid inlet and the fluid outlet each, and in that each indicator sensor is preferably upstream of 2 micro-fluid manipulators as injectors for calibration or test samples (between micro-fluid manipulators), and that all the incident flow of the measurement and reference solutions indicator sensors are connected in parallel or in series between the inlet and outlet, while the wetted only by reference solution reference sensors between outlet and calibration are disposed.
  3. 3. Chemischer Mikro-Analysator nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß für die Messung im Injektionsmodus ein Trägerfluid zwischen Ein- und Auslaß befördert und der Analyt durch einen der Zwischen-Mikro-Fluidmanipulatoren in das Trägerfluid injiziert wird. 3. Chemical micro analyzer according to claim 1 characterized in that conveys a carrier fluid between inlet and outlet for the measurement in the injection mode and the analyte is injected through one of the micro-manipulators fluid in the carrier fluid.
  4. 4. Chemischer Mikro-Analysator nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß für die Messung im Durchflußmodus das Meßfluid durch den Eingangs-Mikro-Fluidmanipulator oder einen Zwischen-Mikro-Fluidmanipulator in das Meßsystem transportiert wird. 4. Chemical micro analyzer according to claim 1 characterized in that the measuring fluid is transported through the input Micro fluid manipulator or an intermediate Micro fluid manipulator in the measurement system for the measurement in flow.
  5. 5. Chemischer Mikro-Analysator nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß Indikator- und Referenz- Sensoren die gleiche Sensitivität bezüglich einer lonensorte besitzen. 5. Chemical micro analyzer according to claim 1 characterized in that the indicator and reference sensors have the same sensitivity with respect to an ionic species.
  6. 6. Chemischer Mikro-Analysator nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung der Systemkomponenten und deren Montage zu einem gesamten System mittels mikrotechnischer Verfahren und mikrosystemtechnischer Aufbau- und Verbindungstechniken auf der Basis der Si-Glas-Technologie erfolgen. 6. Chemical micro analyzer according to claim 1 characterized in that the production of the system components and their assembly are carried out at an entire system by means of micro-technical methods and microsystem packaging and interconnection techniques on the basis of Si-glass technology.
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