EP2729251A1 - Microfluidic structure having recesses - Google Patents

Microfluidic structure having recesses

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EP2729251A1
EP2729251A1 EP12732642.9A EP12732642A EP2729251A1 EP 2729251 A1 EP2729251 A1 EP 2729251A1 EP 12732642 A EP12732642 A EP 12732642A EP 2729251 A1 EP2729251 A1 EP 2729251A1
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EP
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cavity
liquid
region
microfluidic structure
depression
Prior art date
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EP12732642.9A
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German (de)
French (fr)
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EP2729251B1 (en
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Dirk Kurowski
Oliver Paul
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Boehringer Ingelheim Microparts GmbH
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    • B01L3/502753—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by bulk separation arrangements on lab-on-a-chip devices, e.g. for filtration or centrifugation

Definitions

  • the invention relates to a microfluidic structure, comprising at least one cavity with at least one inlet opening and at least one outlet opening, wherein the cavity can be filled with a liquid or flowed through by a liquid and within the cavity at least one element is provided which the liquid in the flow within the cavity stops at least temporarily and / or at least partially deflects.
  • Microfluidic structures are components of microfluidic platforms or
  • microfluidic components and essentially comprise cavities and / or channels in which sample liquids to be examined or manipulated are taken up and by suitable means (for example capillary forces, generated pressure differences)
  • the present invention encompasses microfluidic platforms such as, for example, sample carriers, test strips, biosensors, or the like, which may serve to perform individual tests or measurements.
  • biological fluids eg blood, urine or saliva
  • pathogens eg blood, urine or saliva
  • cholesterol blood fat
  • microfluidic platforms corresponding detection reactions or whole
  • the biological sample liquid is transported to the appropriate reaction site or the reaction sites by suitable means.
  • a transport of the sample liquid can take place, for example, by means of passive capillary forces (by means of appropriate capillary systems or microchannels) or else by means of an active actuator.
  • active actuators syringe or diaphragm pumps are used, for example, which can be located outside of the microfluidic platform or even on this and build up a corresponding pressure within a microfluidic structure consisting in particular of microchannels and microcavities.
  • microfluidic platforms have a sample task in the order of a few millimeters to give up a sample liquid amount on the order of a few microliters, the sample liquid (for example, blood) must be transported via a microchannel or via a microchannel system to corresponding cavities, in which, for example chemical reactants in
  • Air bubbles or bubbles can form in the cavity.
  • the entire volume of the cavity for the sample liquid is not available.
  • stored dry substances are not sufficiently dissolved and it can lead to lump formation, whereby a desired
  • Detection reaction can be affected.
  • a disadvantage of this structure is that volume actually consumed within the cavity is consumed by the web-like elements.
  • From DE 103 60 220 A1 is a microfluidic structure or a microfluidic
  • Platform for bubble-free filling known. Concretely, there is provided a cavity, with an inlet opening and an outlet opening. In the area of the inlet opening, the Cavity microstructure elements in the form of columns on. This area forms a site with increased capillary force. Due to the increased capillary force, first a complete and air bubble-free wetting of the entrance area of the cavity with sample liquid takes place. Only then is a wetting of the outlet opening facing part of the cavity.
  • a ramp is provided in the cavity, which raises the level of the cavity floor to the level of the outlet opening.
  • the invention is therefore based on the object to improve a microfluidic structure according to the preamble of claim 1 such that an improved, in particular substantially air bubble-free filling, in particular of large cavities is made possible.
  • the invention is therefore based on a microfluidic structure, comprising at least one cavity with at least one inlet opening and at least one outlet opening, wherein the cavity can be filled with a liquid or flowed through by a liquid and within the cavity at least one element is provided, which at the liquid whose flow within the cavity at least temporarily stops and / or at least partially deflects.
  • the at least one element is formed by a depression formed in a wall of the cavity, which has at least one first region at which the liquid is stopped and / or at least partially deflected at least temporarily and at least one second region at which the liquid preferably flows into the depression.
  • the liquid runs immediately upon reaching the second region, that is, without a significant stop into the depression and pulls from a certain filling level the well also in the first region of the well first stopped liquid into the recess.
  • the liquid in the cavity can be controlled so that the cavity is filled evenly and substantially free of air bubbles. This is also possible with large, in particular wide and irregularly shaped cavities, which
  • a filling volume in the order of about 10 ⁇ to 10 ml.
  • said wall of the cavity may be, for example, a bottom of the cavity. But there are also any other walls of the cavity conceivable.
  • the second region is formed by a ramp-like transition, which, starting from a bottom level of the cavity, passes over to a bottom level of the depression.
  • This ramp-like transition ensures in a simple manner that the sample liquid at this point runs into the depression without a stop and fills it.
  • the ramp-like transition starting from a boundary edge of the recess with a bottom plane of the cavity forms an angle of about 10 degrees to 60 degrees, more preferably of about 45 degrees.
  • the second region could also be formed by a "soft" transition, for example by a convex or concave fillet, and also a notch-like structure (seen in plan view of the depression) is conceivable.
  • the first region is expediently formed by a boundary edge of the depression on which the converging, forming the boundary edge Walls occupy an angle which is less than 120 degrees, preferably approximately between 95 degrees and 70 degrees, more preferably at about 90 degrees.
  • the first region forms a capillary stop in a very reliable manner, at which the inflowing liquid is first stopped or deflected.
  • the inflowing liquid can be controlled such that it initially reaches the first area, is stopped there, deflected and preferably reaches the second area (without a noteworthy stop) into the depression and fills it.
  • the desired liquid control of the specific length of a cavity can be adjusted.
  • the recess may be formed in plan view, for example, approximately rectangular. But it can also be different in plan view, for example, be arcuate. This may be expedient, for example, if the cavity to be filled is likewise curved in its longitudinal extension.
  • a further advantageous embodiment of the inventive idea provides that a plurality of depressions are provided, which are arranged starting from side walls of the cavity, mutually.
  • the at least one first region extends approximately over the entire length of one longitudinal side of the at least one depression and the at least one second region only over a portion of the length of another longitudinal face.
  • the invention also relates to a microfluidic platform with at least one microfluidic structure according to at least one of claims 1 to 7.
  • a microfluidic platform can be produced inexpensively and meets high demands on a process-reliable, in particular air bubble-free filling of the existing cavities.
  • FIG. 1 shows a microfluidic structure according to a first, preferred
  • FIG. 2 is a sectional view of the microfluidic structure according to section line II in Fig. 1,
  • FIG. 3 is a detailed view III of Fig. 2,
  • Fig. 5 shows a microfluidic structure in a plan view according to a second
  • Fig. 6 shows a microfluidic structure in a plan view according to a third
  • Fig. 7 shows a microfluidic structure according to the prior art
  • FIG. 8 is a sectional view according to section line VIII of FIG. 7. First, reference is made to Figs. 1 to 3.
  • the microfluidic structure 1 comprises a cavity 10, which has a filling volume of about 15 ⁇ .
  • the cavity 10 is unevenly shaped and provided with an inlet opening 1 1, which connects the cavity 10 with a filling channel 16.
  • the filling channel 16 itself may be connected to an unspecified numbering filling opening (for example, a sample task area).
  • the cavity 10 is provided with an outlet opening 12 which, for example, releases the fluidic connection to a ventilation channel 17.
  • a capillary stop 24 is also provided in the usual way.
  • the cavity 10 may be connected via an outlet opening to a further microchannel 18 (indicated by dashed lines) if a liquid is to be transported through the cavity 10, for example into a further cavity (not shown).
  • the cavity 10 is a comparatively large cavity having dimensions of about 12 mm in width, 36 mm in length and about 1.5 mm in depth.
  • Each recess 13 has in plan view approximately a rectangular appearance with a length L and a width B. In this case, the recesses 13, starting from
  • each depression 13 has a first region 14 which faces an inflowing liquid F (cf. FIG. 4) and at which the inflowing liquid F is at least temporarily stopped and / or at least partially deflected.
  • each depression 13 is provided with a second region 15, at which an incoming liquid F runs into the depression 13 without stopping.
  • the cavity 10 is closed by a cover 21 (for example, a glued foil) and has a bottom 19.
  • Each recess 13 has a bottom 20. 3
  • the first region 14 (capillary stop) is formed by a boundary edge 22 of the depression 13, at which the converging walls forming the boundary edge 22 occupy an angle ⁇ which is 90 degrees. Deviating from the embodiment, of course, other angles are conceivable, which may be greater or less than 90 degrees.
  • the second region 15 is formed by a ramp-like transition R, which, starting from the bottom level 19 of the cavity 10, to a bottom level 20 of the recess 13 passes.
  • the ramp-like transition R starting from a boundary edge 23 of the recess 13 with the bottom plane 19 of the cavity 10 forms an angle ⁇ of approximately 45 degrees. Again, angles greater or less than 45 degrees are conceivable.
  • the second area 15 does not necessarily have to be formed by a ramp-like transition, but other configurations are also conceivable.
  • the second region can also be formed, for example, by a "smooth" transition, for example by a concave (15 ") or convex (15" ') rounding.
  • the inflowing liquid F first flows toward the first of the cavities 13 with a flow direction S (FIG. 4a).
  • the liquid F is first stopped at the first region 14 or the boundary edge 22 and deflected (FIG. 4b).
  • the liquid F continues to the first region 14 of the second recess 13 and thereby also to the second region 15 of the first recess 13, whereby the liquid F via the second region 15, the first recess 13 fills (see dashed lines indicated arrow in Fig. 4c ).
  • the liquid F is then stopped and deflected again at the first region 14 of the second depression 13, and the cavity 10 is completely filled initially, leaving the second depression 13 (see FIG. 4d).
  • the second depression 13 is also filled via the second region 15 (ramp-like transition R).
  • the liquid front of the liquid F now extends to the first region 14 of the last depression 13 (FIG. 4e).
  • the liquid F is again initially stopped and deflected until it subsequently reaches the second region 15 of the last depression 13 and, starting there, fills it.
  • the filling process extends to the capillary stop 24 in the region of the outlet opening 12 and essentially takes place without air inclusions (air bubbles) (compare FIG. 4f).
  • the second region 15 does not extend over the entire length L of a depression 13, but only constitutes part of this length. Furthermore, the region 15 also assumes a width which is significantly smaller than the width B of the entire depression 13. In particular, the width of the region 15 is preferably less than half the width B of the depression 13. This makes it possible, with sufficient filling function Area 15 well exploit the volume of the recess 13.
  • FIG. 5 shows a second exemplary embodiment 3 for a microfluidic structure of a microfluidic component 4.
  • the microfluidic structure 3 comprises a cavity 30, with Each recess 31 is in turn equipped with a first region 32 in the form of a stop edge (capillary stop), which faces the flow direction S of an inflowing liquid.
  • a second region 33 in the form of a ramp is again provided on the longitudinal side of the depression 31 facing away from an inflowing liquid, the region 33 extending over an entire length L of the depression 31.
  • the width of the region 33 is in turn only about a maximum of half a width B of the recess 31. Also in this
  • Embodiment is mimicked by the mutual arrangement of the recesses 31, a meandering flow of an incoming liquid.
  • a microfluidic structure 5 can be seen on a microfluidic component 6, which (in contrast to the preceding exemplary embodiments) has a curved cavity 40 viewed in the inflow direction S of a liquid.
  • each recess 41 has a longitudinal extent L and extends over this length L curved. Furthermore, it can be seen that each depression 41 is in turn provided with a first region 42 in the form of a stop edge (comparable to region 14 of the first embodiment) and on the longitudinal side facing away from an inflowing liquid, each having two regions 43 in the form of a ramp (comparable to FIG the area 15 in the first embodiment).
  • a microfluidic structure 7 of a microfluidic component 8 can be seen, in which, within a cavity 50 unlike the embodiments according to the invention, no depressions, but webs 51 are attached.
  • the webs 51 starting from longitudinal sides of the cavity 50, are mutually arranged and intended to meander a flow of an inflowing liquid (not shown) and thus enable a largely bubble-free filling of the cavity 50.
  • the webs 51 extend from a bottom 53 of the cavity 50 starting up to a cavity 50 upwards final cover 52 zoom.

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Abstract

The invention relates to a microfluidic structure (1), comprising at least one cavity (10) having at least one inlet opening (11) and at least one outlet opening (12), wherein the cavity (10) can be filled with a liquid or a liquid can flow through the cavity and at least one element (13) is provided inside the cavity (10), which element stops the flow of the liquid at least temporarily and/or diverts the flow of the liquid at least in some regions within the cavity (10). According to the invention, the at least one element (13) is formed by a recess (13) introduced into a wall of the cavity (10), which recess (13) has at least one first region (14) at which the liquid stops at least temporarily and/or is diverted at least in some regions and at least one second region (15) at which the liquid preferably flows into the recess (13). Such a microfluidic structure makes it possible to fill the cavity (10) without air inclusions. Thereby, the useful volume of the cavity (10) is not limited, and the production costs of a microfluidic component (2) having such a microfluidic structure (1) can be kept low.

Description

Beschreibung MIKROFLUIDISCHE STRUKTUR MIT VERTIEFUNGEN  Description MICROFLUIDIC STRUCTURE WITH REINFORCEMENTS
Die Erfindung betrifft eine mikrofluidische Struktur, umfassend wenigstens eine Kavität mit wenigstens einer Einlassöffnung und wenigstens einer Auslassöffnung, wobei die Kavität mit einer Flüssigkeit befüllbar oder von einer solchen durchströmbar ist und innerhalb der Kavität wenigstens ein Element vorgesehen ist, welches die Flüssigkeit bei deren Strömung innerhalb der Kavität zumindest zeitweise abstoppt und/oder zumindest bereichsweise umlenkt. The invention relates to a microfluidic structure, comprising at least one cavity with at least one inlet opening and at least one outlet opening, wherein the cavity can be filled with a liquid or flowed through by a liquid and within the cavity at least one element is provided which the liquid in the flow within the cavity stops at least temporarily and / or at least partially deflects.
Mikrofluidische Strukturen sind Bestandteile von mikrofluidischen Plattformen bzw. Microfluidic structures are components of microfluidic platforms or
mikrofluidischen Bauteilen und umfassen im Wesentlichen Kavitäten und/oder Kanäle, in denen zu untersuchende oder zu manipulierende Probenflüssigkeiten aufgenommen werden und durch geeignete Mittel (bspw. Kapillarkräfte, erzeugte Druckunterschiede) zu microfluidic components and essentially comprise cavities and / or channels in which sample liquids to be examined or manipulated are taken up and by suitable means (for example capillary forces, generated pressure differences)
entsprechend vorgesehenen Reaktionsorten transportiert werden können. can be transported according to the intended reaction sites.
Inbesondere werden von der vorliegenden Erfindung mikrofluidische Plattformen wie beispielsweise Probenträger, Teststreifen, Biosensoren oder dergleichen umfasst, welche zur Durchführung einzelner Tests oder Messungen dienen können. Beispielsweise können biologische Flüssigkeiten (z. B. Blut, Urin oder Speichel) zum einen auf Krankheitserreger, Unverträglichkeiten und zum anderen aber auch auf ihr Gehalt beispielsweise Glukose (Blutzucker) oder Cholesterol (Blutfett) untersucht werden. Dazu finden auf den In particular, the present invention encompasses microfluidic platforms such as, for example, sample carriers, test strips, biosensors, or the like, which may serve to perform individual tests or measurements. For example, biological fluids (eg blood, urine or saliva) can be examined for pathogens, incompatibilities and also for their content, for example glucose (blood sugar) or cholesterol (blood fat). To find on the
mikrofluidischen Plattformen entsprechende Nachweisreaktionen oder ganze microfluidic platforms corresponding detection reactions or whole
Reaktionskaskaden statt. Reaction cascades take place.
Hierfür ist es erforderlich, dass die biologische Probenflüssigkeit zu dem dafür vorgesehenen Reaktionsort bzw. den Reaktionsorten mit geeigneten Mitteln transportiert wird. Ein solcher Transport der Probenflüssigkeit kann beispielsweise mittels passiver Kapillarkräfte (durch entsprechende Kapillarsysteme bzw. Mikrokanäle) erfolgen oder auch mittels einer aktiven Aktorik. Als aktive Aktorik werden beispielsweise Spritzen- oder Membranpumpen verwendet, die sich außerhalb der mikrofluidischen Plattform oder auch auf dieser befinden können und innerhalb einer mit insbesondere aus Mikrokanälen und Mikrokavitäten bestehenden mikrofluidischen Struktur einen entsprechenden Druck aufbauen. lm Allgemeinen weisen mikrofluidische Plattformen einen Probenaufgabenbereich in der Größenordnung von wenigen Millimetern zur Aufgabe einer Probenflüssigkeitsmenge in der Größenordnung von einigen Mikrolitern auf, wobei die Probenflüssigkeit (beispielsweise Blut) über einen Mikrokanal bzw. über ein Mikrokanalsystem zu entsprechenden Kavitäten transportiert werden muss, in denen beispielsweise chemische Reaktionsstoffe in For this purpose, it is necessary that the biological sample liquid is transported to the appropriate reaction site or the reaction sites by suitable means. Such a transport of the sample liquid can take place, for example, by means of passive capillary forces (by means of appropriate capillary systems or microchannels) or else by means of an active actuator. As active actuators syringe or diaphragm pumps are used, for example, which can be located outside of the microfluidic platform or even on this and build up a corresponding pressure within a microfluidic structure consisting in particular of microchannels and microcavities. In general, microfluidic platforms have a sample task in the order of a few millimeters to give up a sample liquid amount on the order of a few microliters, the sample liquid (for example, blood) must be transported via a microchannel or via a microchannel system to corresponding cavities, in which, for example chemical reactants in
getrockneter Form vorliegen. dried form present.
Damit eine Probenflüssigkeit mit den Reaktionsstoffen in einer Kavität eine einwandfreie Nachweisreaktion vollführen kann, ist eine möglichst gleichmäßige und vollständige In order for a sample liquid to be able to perform a satisfactory detection reaction with the reactants in a cavity, it is as uniform and complete as possible
Befüllung einer solchen Kavität erforderlich. Filling of such a cavity required.
Bei der Befüllung von großen, insbesondere breiten und ungleichmäßig geformten Kavitäten, beispielsweise mit Längen- und/oder Breitendimensionen von jeweils mehreren Millimetern und einem daraus resultierenden Volumenbereich von beispielsweise 10 μΙ bis etwa 10 ml, besteht das Problem, dass sich die Kavität nicht gleichmäßig füllt und sich so When filling large, in particular wide and irregularly shaped cavities, for example with length and / or width dimensions of several millimeters and a resulting volume range of, for example, 10 μΙ to about 10 ml, there is the problem that the cavity does not fill evenly and so
Lufteinschlüsse bzw. Luftblasen in der Kavität bilden können. Dadurch steht nicht das komplette Volumen der Kavität für die Probenflüssigkeit zur Verfügung. In einer solchen Kavität beispielsweise aufbewahrte Trockensubstanzen werden so nicht ausreichend aufgelöst und es kann zu Klumpenbildung kommen, wodurch eine gewünschte Air bubbles or bubbles can form in the cavity. As a result, the entire volume of the cavity for the sample liquid is not available. In such a cavity, for example, stored dry substances are not sufficiently dissolved and it can lead to lump formation, whereby a desired
Nachweisreaktion beeinträchtigt werden kann. Detection reaction can be affected.
Nach dem Stand der Technik wird hier dadurch Abhilfe geboten, indem man in der Kavität stegartige Elemente derart anordnet, dass die Flüssigkeit in der Kavität eine mäanderförmige Strömungsrichtung vollführen muss. According to the prior art, this is remedied by arranging web-like elements in the cavity such that the liquid in the cavity has to perform a meandering flow direction.
Ein Nachteil dieser Struktur ist jedoch, dass durch die stegartigen Elemente eigentlich benötigtes Volumen innerhalb der Kavität verbraucht wird. A disadvantage of this structure, however, is that volume actually consumed within the cavity is consumed by the web-like elements.
Zum Ausgleich muss daher mehr Fläche auf der mikrofluidischen Plattform bzw. dem mikrofluidischen Bauteil zur Verfügung gestellt werden. Dies soll insbesondere für mikrofluidische Plattformen wegen der damit verbundenen Zunahme der Herstellkosten vermieden werden. To compensate, therefore, more area must be provided on the microfluidic platform or the microfluidic component. This should be avoided in particular for microfluidic platforms because of the associated increase in manufacturing costs.
Aus der DE 103 60 220 A1 ist eine mikrofluidische Struktur bzw. eine mikrofluidische From DE 103 60 220 A1 is a microfluidic structure or a microfluidic
Plattform zur luftblasenfreien Befüllung bekannt. Konkret ist dort eine Kavität vorgesehen, mit einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung. Im Bereich der Einlassöffnung weist die Kavität Mikrostrukturelemente in Form von Säulen auf. Dieser Bereich bildet eine Stelle mit erhöhter Kapillarkraft. Durch die erhöhte Kapillarkraft erfolgt zunächst eine vollständige und luftblasenfreie Benetzung des Eingangsbereichs der Kavität mit Probenflüssigkeit. Erst danach erfolgt eine Benetzung des der Auslassöffnung zugewandten Teils der Kavität. Platform for bubble-free filling known. Concretely, there is provided a cavity, with an inlet opening and an outlet opening. In the area of the inlet opening, the Cavity microstructure elements in the form of columns on. This area forms a site with increased capillary force. Due to the increased capillary force, first a complete and air bubble-free wetting of the entrance area of the cavity with sample liquid takes place. Only then is a wetting of the outlet opening facing part of the cavity.
Um dabei den Flüssigkeitstransport zu beschleunigen, ist in der Kavität eine Rampe vorgesehen, die das Niveau des Kavitätenbodens auf das Niveau der Auslassöffnung anhebt. In order to accelerate the liquid transport, a ramp is provided in the cavity, which raises the level of the cavity floor to the level of the outlet opening.
Eine solche Anordnung ist zur Befüllung von großen, insbesondere (quer zur Einström- bzw. Durchströmrichtung der Flüssigkeit) breiten und ungleichmäßig geformten Kavitäten nicht zufrieden stellend. Such an arrangement is unsatisfactory for the filling of large, in particular (transverse to the inflow or throughflow direction of the liquid) wide and irregularly shaped cavities.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine mikrofluidische Struktur gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 derart zu verbessern, dass eine verbesserte, insbesondere im Wesentlichen luftblasenfreie Befüllung, insbesondere von großen Kavitäten ermöglicht wird. The invention is therefore based on the object to improve a microfluidic structure according to the preamble of claim 1 such that an improved, in particular substantially air bubble-free filling, in particular of large cavities is made possible.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. This object is achieved with the characterizing features of claim 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar. Advantageous developments of the invention can be taken from the subclaims.
Die Erfindung geht daher aus von einer mikrofluidischen Struktur, umfassend wenigstens eine Kavität mit wenigstens einer Einlassöffnung und wenigstens einer Auslassöffnung, wobei die Kavität mit einer Flüssigkeit befüllbar oder von einer solchen durchströmbar ist und innerhalb der Kavität wenigstens ein Element vorgesehen ist, welches die Flüssigkeit bei deren Strömung innerhalb der Kavität zumindest zeitweise abstoppt und/oder zumindest bereichsweise umlenkt. The invention is therefore based on a microfluidic structure, comprising at least one cavity with at least one inlet opening and at least one outlet opening, wherein the cavity can be filled with a liquid or flowed through by a liquid and within the cavity at least one element is provided, which at the liquid whose flow within the cavity at least temporarily stops and / or at least partially deflects.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Element durch eine in eine Wandung der Kavität eingebrachte Vertiefung gebildet ist, welche wenigstens einen ersten Bereich aufweist, an dem die Flüssigkeit zumindest zeitweise gestoppt und/oder zumindest bereichsweise umgelenkt wird und zumindest einen zweiten Bereich, an dem die Flüssigkeit bevorzugt in die Vertiefung hineinläuft. According to the invention, it is provided that the at least one element is formed by a depression formed in a wall of the cavity, which has at least one first region at which the liquid is stopped and / or at least partially deflected at least temporarily and at least one second region at which the liquid preferably flows into the depression.
Dabei läuft die Flüssigkeit bei Erreichen des zweiten Bereiches sofort, also ohne einen nennenswerten Stopp in die Vertiefung hinein und zieht ab einem bestimmten Befüllstand der Vertiefung auch noch die im ersten Bereich der Vertiefung zunächst abgestoppte Flüssigkeit mit in die Vertiefung hinein. In this case, the liquid runs immediately upon reaching the second region, that is, without a significant stop into the depression and pulls from a certain filling level the well also in the first region of the well first stopped liquid into the recess.
Auf diese Weise kann die Flüssigkeit in der Kavität derart gesteuert werden, dass die Kavität gleichmäßig und im Wesentlichen luftblasenfrei gefüllt wird. Dies ist auch bei großen, insbesondere breiten und ungleichmäßig geformten Kavitäten möglich, welche In this way, the liquid in the cavity can be controlled so that the cavity is filled evenly and substantially free of air bubbles. This is also possible with large, in particular wide and irregularly shaped cavities, which
beispielsweise ein Befüllvolumen in der Größenordnung von etwa 10 μΙ bis 10 ml aufweisen. For example, have a filling volume in the order of about 10 μΙ to 10 ml.
Anzumerken ist, dass die genannte Wandung der Kavität beispielsweise ein Boden der Kavität sein kann. Es sind aber auch beliebige andere Wandungen der Kavität denkbar. So kann die Wandung, bei geeigneter Ausbildung eines die Kavität abschließenden Deckels, beispielsweise auch durch diesen selbst gebildet sein. Auch eine Kombination dieser beiden Möglichkeiten ist zum Beispiel möglich. It should be noted that said wall of the cavity may be, for example, a bottom of the cavity. But there are also any other walls of the cavity conceivable. Thus, the wall, with a suitable design of the cavity-closing lid, for example, be formed by this itself. A combination of these two options is possible, for example.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Bereich durch einen rampenartigen Übergang gebildet ist, der, von einem Bodenniveau der Kavität ausgehend, bis auf ein Bodenniveau der Vertiefung übergeht. According to a development of the invention, it is provided that the second region is formed by a ramp-like transition, which, starting from a bottom level of the cavity, passes over to a bottom level of the depression.
Durch diesen rampenartigen Übergang wird auf einfache Weise sichergestellt, dass die Probenflüssigkeit an dieser Stelle ohne einen Stopp in die Vertiefung hineinläuft und diese befüllt. This ramp-like transition ensures in a simple manner that the sample liquid at this point runs into the depression without a stop and fills it.
Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass der rampenartige Übergang, ausgehend von einer Begrenzungskante der Vertiefung mit einer Bodenebene der Kavität einen Winkel von etwa 10 Grad bis 60 Grad, besonders bevorzugt von in etwa 45 Grad bildet. In Versuchen hat sich gezeigt, dass mit der Wahl derartiger geometrischer Parameter ein gewolltes Strömungsverhalten der Flüssigkeit am besten realisierbar ist. It has proven to be advantageous that the ramp-like transition, starting from a boundary edge of the recess with a bottom plane of the cavity forms an angle of about 10 degrees to 60 degrees, more preferably of about 45 degrees. Experiments have shown that with the choice of such geometric parameters a desired flow behavior of the liquid is best realized.
Allerdings wären statt rampenartiger Ausgestaltung auch andere Ausgestaltungen des zweiten Bereichs denkbar. So könnte der zweite Bereich auch durch einen„sanften" Übergang gebildet sein, bspw. durch eine konvexe oder konkave Verrundung. Auch eine (in Draufsicht auf die Vertiefung gesehen) kerbenartige Struktur ist vorstellbar. However, instead of a ramp-like design, other embodiments of the second area would also be conceivable. Thus, the second region could also be formed by a "soft" transition, for example by a convex or concave fillet, and also a notch-like structure (seen in plan view of the depression) is conceivable.
Der erste Bereich wird hingegen zweckmäßigerweise durch eine Begrenzungskante der Vertiefung gebildet, an der die zusammenlaufenden, die Begrenzungskante bildenden Wandungen einen Winkel einnehmen, der kleiner als 120 Grad, bevorzugt in etwa zwischen 95 Grad und 70 Grad, besonders bevorzugt bei etwa 90 Grad liegt. By contrast, the first region is expediently formed by a boundary edge of the depression on which the converging, forming the boundary edge Walls occupy an angle which is less than 120 degrees, preferably approximately between 95 degrees and 70 degrees, more preferably at about 90 degrees.
Auf diese Weise bildet der erste Bereich auf sehr zuverlässige Weise einen Kapillarstopp, an dem die einströmende Flüssigkeit zunächst gestoppt bzw. umgelenkt wird. In this way, the first region forms a capillary stop in a very reliable manner, at which the inflowing liquid is first stopped or deflected.
Es hat sich in Versuchen ferner als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn die wenigstens eine Vertiefung länglich ausgebildet ist, wobei der wenigstens eine erste Bereich einer It has also proven in experiments to be very advantageous if the at least one recess is elongated, wherein the at least one first region of a
einströmenden Flüssigkeit zugewandt und der wenigstens eine zweite Bereich einer einströmenden Flüssigkeit abgewandt ist. So kann die einströmende Flüssigkeit derart gesteuert werden, dass diese zunächst den ersten Bereich erreicht, dort abgestoppt, umgelenkt wird und bei Erreichen des zweiten Bereiches dort bevorzugt (ohne einen nennenswerten Stopp) in die Vertiefung hinein läuft und diese befüllt. Bei einer facing inflowing liquid and the at least a second region of an inflowing liquid is remote. Thus, the inflowing liquid can be controlled such that it initially reaches the first area, is stopped there, deflected and preferably reaches the second area (without a noteworthy stop) into the depression and fills it. At a
entsprechenden Anordnung mehrerer Vertiefungen miteinander kann die gewünschte Flüssigkeitssteuerung der konkreten Länge einer Kavität angepasst werden. appropriate arrangement of several wells with each other, the desired liquid control of the specific length of a cavity can be adjusted.
Die Vertiefung kann in der Draufsicht beispielsweise in etwa rechteckförmig ausgebildet sein. Sie kann aber auch in der Draufsicht andersförmig, beispielsweise bogenförmig ausgebildet sein. Dies kann beispielsweise dann zweckmäßig sein, wenn die zu befüllende Kavität in ihrer Längserstreckung ebenfalls bogenförmig ausgebildet ist. The recess may be formed in plan view, for example, approximately rectangular. But it can also be different in plan view, for example, be arcuate. This may be expedient, for example, if the cavity to be filled is likewise curved in its longitudinal extension.
Eine weitere zweckmäßige Ausbildung des Erfindungsgedankens sieht vor, dass mehrere Vertiefungen vorgesehen sind, die von Seitenwänden der Kavität ausgehend, wechselseitig angeordnet sind. A further advantageous embodiment of the inventive idea provides that a plurality of depressions are provided, which are arranged starting from side walls of the cavity, mutually.
Auf diese Weise ist es möglich, mit den Vertiefungen in der zu befüllenden Kavität einen mäanderförmigen Strömungsverlauf der Flüssigkeit nachzubilden. In this way it is possible to emulate a meandering flow pattern of the liquid with the wells in the cavity to be filled.
Es hat sich zudem als vorteilhaft erwiesen, wenn sich der wenigstens eine erste Bereich in etwa über die gesamte Länge einer Längsseite der wenigstens einen Vertiefung erstreckt und der wenigstens eine zweite Bereich lediglich über einen Teil der Länge einer anderen Längsseite. It has also proved to be advantageous if the at least one first region extends approximately over the entire length of one longitudinal side of the at least one depression and the at least one second region only over a portion of the length of another longitudinal face.
Hierdurch ist es möglich, zum einen einen Kapillarstopp auf breiter Front sicherzustellen und zum anderen dennoch einen zeitlich verzögerten Einlauf der Flüssigkeit in die Vertiefung, wobei zusätzliches Volumen an der Stelle gewonnen werden kann, wo der zweite Bereich nicht ausgebildet ist. This makes it possible, on the one hand to ensure a capillary stop on a wide front and, on the other hand, a time-delayed inlet of the liquid into the depression, wherein additional volume can be obtained at the location where the second area is not formed.
Die Erfindung betrifft aber auch eine mikrofluidische Plattform mit wenigstens einer mikrofluidischen Struktur nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7. Eine derart ausgebildete mikrofluidische Plattform kann kostengünstig hergestellt werden und genügt hohen Ansprüchen an eine prozesssichere, insbesondere luftblasenfreien Befüllung der vorhandenen Kavitäten. However, the invention also relates to a microfluidic platform with at least one microfluidic structure according to at least one of claims 1 to 7. Such a microfluidic platform can be produced inexpensively and meets high demands on a process-reliable, in particular air bubble-free filling of the existing cavities.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand von Further advantages and embodiments of the invention are based on
Ausführungsbeispielen deutlich, was mit Hilfe der beiliegenden Figuren näher erläutert werden soll. Dabei bedeuten Embodiments clear, which will be explained in more detail with the aid of the accompanying figures. Mean
Fig. 1 eine mikrofluidische Struktur gemäß einem ersten, bevorzugten 1 shows a microfluidic structure according to a first, preferred
Ausführungsbeispiel in einer Draufsicht, prinziphaft dargestellt,  Embodiment in a plan view, shown in principle,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung der mikrofluidischen Struktur gemäß Schnittverlauf II in Fig. 1 , 2 is a sectional view of the microfluidic structure according to section line II in Fig. 1,
Fig. 3 eine Detaildarstellung III aus Fig. 2, 3 is a detailed view III of Fig. 2,
Fig. 4a bis 4f unterschiedliche Befüllstadien der mikrofluidischen Struktur gemäß Fig. 1 mi einer Flüssigkeit, 4a to 4f different filling stages of the microfluidic structure according to FIG. 1 with a liquid,
Fig. 5 eine mikrofluidische Struktur in einer Draufsicht gemäß einem zweiten Fig. 5 shows a microfluidic structure in a plan view according to a second
Ausführungsbeispiel, prinziphaft dargestellt,  Exemplary embodiment, illustrated in principle,
Fig. 6 eine mikrofluidische Struktur in einer Draufsicht gemäß einem dritten Fig. 6 shows a microfluidic structure in a plan view according to a third
Ausführungsbeispiel, prinziphaft dargestellt,  Exemplary embodiment, illustrated in principle,
Fig. 7 eine mikrofluidische Struktur gemäß dem Stand der Technik und Fig. 7 shows a microfluidic structure according to the prior art and
Fig. 8 eine Schnittdarstellung gemäß Schnittverlauf VIII aus Fig. 7. Zunächst wird auf die Fig. 1 bis 3 Bezug genommen. 8 is a sectional view according to section line VIII of FIG. 7. First, reference is made to Figs. 1 to 3.
In diesen Figuren ist eine in einem mikrofluidischen Bauteil 2 eingebrachte mikrofluidische Struktur 1 ersichtlich. Die mikrofluidische Struktur 1 umfasst eine Kavität 10, welche ein Befüllvolumen von etwa 15 μΙ aufweist. Die Kavität 10 ist ungleichmäßig geformt und mit einer Einlassöffnung 1 1 versehen, welche die Kavität 10 mit einem Befüllkanal 16 verbindet. Der Befüllkanal 16 selbst kann mit einer nicht näher bezifferten Befüllöffnung (beispielsweise einem Probenaufgabenbereich) verbunden sein. These figures show a microfluidic structure 1 introduced in a microfluidic component 2. The microfluidic structure 1 comprises a cavity 10, which has a filling volume of about 15 μΙ. The cavity 10 is unevenly shaped and provided with an inlet opening 1 1, which connects the cavity 10 with a filling channel 16. The filling channel 16 itself may be connected to an unspecified numbering filling opening (for example, a sample task area).
Auf der anderen Seite ist die Kavität 10 mit einer Auslassöffnung 12 versehen, welche beispielsweise die fluidische Verbindung zu einem Entlüftungskanal 17 freigibt. Im Bereich der Auslassöffnung 12 ist zudem in üblicher Weise ein Kapillarstopp 24 vorgesehen. On the other side, the cavity 10 is provided with an outlet opening 12 which, for example, releases the fluidic connection to a ventilation channel 17. In the region of the outlet opening 12, a capillary stop 24 is also provided in the usual way.
Zusätzlich oder alternativ kann die Kavität 10 über eine Auslassöffnung mit einem weiteren Mikrokanal 18 verbunden sein (gestrichelt angedeutet), wenn eine Flüssigkeit durch die Kavität 10 beispielsweise in eine weitere Kavität transportiert werden soll (nicht dargestellt). Additionally or alternatively, the cavity 10 may be connected via an outlet opening to a further microchannel 18 (indicated by dashed lines) if a liquid is to be transported through the cavity 10, for example into a further cavity (not shown).
Die Kavität 10 ist eine vergleichsweise große Kavität mit Abmessungen von etwa 12 mm in der Breite, 36 mm in der Länge und etwa 1 ,5 mm in der Tiefe. The cavity 10 is a comparatively large cavity having dimensions of about 12 mm in width, 36 mm in length and about 1.5 mm in depth.
Ferner ist zu erkennen, dass innerhalb der Kavität 10 drei Vertiefungen 13 angeordnet sind. Jede Vertiefung 13 hat in der Draufsicht dabei in etwa ein rechteckförmiges Aussehen mit einer Länge L und einer Breite B. Dabei sind die Vertiefungen 13, ausgehend von Furthermore, it can be seen that within the cavity 10 three recesses 13 are arranged. Each recess 13 has in plan view approximately a rectangular appearance with a length L and a width B. In this case, the recesses 13, starting from
Längsseiten der Kavität 10, wechselseitig angeordnet. Long sides of the cavity 10, arranged alternately.
Es ist ersichtlich, dass jede Vertiefung 13 einen ersten Bereich 14 aufweist, welcher einer einströmenden Flüssigkeit F zugewandt ist (vergleiche Fig. 4) und an dem die einströmende Flüssigkeit F zumindest zeitweise gestoppt und/oder zumindest bereichsweise umgelenkt wird. It can be seen that each depression 13 has a first region 14 which faces an inflowing liquid F (cf. FIG. 4) and at which the inflowing liquid F is at least temporarily stopped and / or at least partially deflected.
Ferner ist jede Vertiefung 13 mit einem zweiten Bereich 15 versehen, an dem eine einlaufende Flüssigkeit F ohne einen Stopp in die Vertiefung 13 hineinläuft. Furthermore, each depression 13 is provided with a second region 15, at which an incoming liquid F runs into the depression 13 without stopping.
Die Kavität 10 ist dabei durch einen Deckel 21 (beispielsweise eine aufgeklebte Folie) abgeschlossen und weist einen Boden 19 auf. Jede Vertiefung 13 weist einen Boden 20 auf. Insbesondere aus der Detaildarstellung gemäß Fig. 3 ist erkennbar, dass der erste Bereich 14 (Kapillarstopp) durch eine Begrenzungskante 22 der Vertiefung 13 gebildet ist, an der die zusammenlaufenden, die Begrenzungskante 22 bildenden Wandungen einen Winkel ß einnehmen, der 90 Grad ist. Abweichend vom Ausführungsbeispiel sind natürlich auch andere Winkel denkbar, die größer oder kleiner 90 Grad sein können. The cavity 10 is closed by a cover 21 (for example, a glued foil) and has a bottom 19. Each recess 13 has a bottom 20. 3, it can be seen that the first region 14 (capillary stop) is formed by a boundary edge 22 of the depression 13, at which the converging walls forming the boundary edge 22 occupy an angle β which is 90 degrees. Deviating from the embodiment, of course, other angles are conceivable, which may be greater or less than 90 degrees.
Ferner ist ersichtlich, dass der zweite Bereich 15 durch einen rampenartigen Übergang R gebildet ist, der, vom Bodenniveau 19 der Kavität 10 ausgehend, bis auf ein Bodenniveau 20 der Vertiefung 13 übergeht. Furthermore, it can be seen that the second region 15 is formed by a ramp-like transition R, which, starting from the bottom level 19 of the cavity 10, to a bottom level 20 of the recess 13 passes.
Insbesondere ist erkennbar, dass der rampenartige Übergang R, ausgehend von einer Begrenzungskante 23 der Vertiefung 13 mit der Bodenebene 19 der Kavität 10 einen Winkel α von in etwa 45 Grad bildet. Auch hier sind Winkel größer oder kleiner 45 Grad denkbar. In particular, it can be seen that the ramp-like transition R, starting from a boundary edge 23 of the recess 13 with the bottom plane 19 of the cavity 10 forms an angle α of approximately 45 degrees. Again, angles greater or less than 45 degrees are conceivable.
Angemerkt sei, dass der zweite Bereich 15 nicht unbedingt durch einen rampenartigen Übergang gebildet sein muss, sondern auch andere Ausgestaltungen denkbar sind. So ist in Fig. 3 angedeutet, dass der zweite Bereich bspw. auch durch einen„sanften" Übergang, etwa durch eine konkave (15") oder konvexe (15"') Rundung, gebildet sein kann. It should be noted that the second area 15 does not necessarily have to be formed by a ramp-like transition, but other configurations are also conceivable. For example, it is indicated in FIG. 3 that the second region can also be formed, for example, by a "smooth" transition, for example by a concave (15 ") or convex (15" ') rounding.
Anhand der Fig. 4a bis 4f wird nun beschrieben, wie eine in die Kavität 10 einströmende Flüssigkeit F durch die Vertiefungen 13 in ihrem Strömungsverlauf gesteuert wird: With reference to FIGS. 4a to 4f, it will now be described how a liquid F flowing into the cavity 10 is controlled by the depressions 13 in its flow path:
So strömt die einströmende Flüssigkeit F zunächst auf die Erste der Kavitäten 13 mit einer Strömungsrichtung S zu (Fig. 4a). Thus, the inflowing liquid F first flows toward the first of the cavities 13 with a flow direction S (FIG. 4a).
Dabei wird die Flüssigkeit F zunächst an dem ersten Bereich 14 bzw. der Begrenzungskante 22 gestoppt und umgelenkt (Fig. 4b). In this case, the liquid F is first stopped at the first region 14 or the boundary edge 22 and deflected (FIG. 4b).
Die Flüssigkeit F gelangt weiter bis zum ersten Bereich 14 der zweiten Vertiefung 13 und dabei auch bis zum zweiten Bereich 15 der ersten Vertiefung 13, wodurch die Flüssigkeit F über den zweiten Bereich 15 die erste Vertiefung 13 befüllt (vergleiche gestrichelt angedeuteter Pfeil in Fig. 4c). Die Flüssigkeit F wird nun an dem ersten Bereich 14 der zweiten Vertiefung 13 wiederum gestoppt und umgelenkt und es erfolgt eine komplette Befüllung der Kavität 10 zunächst unter Freilassung der zweiten Vertiefung 13 (vergleiche Fig. 4d). The liquid F continues to the first region 14 of the second recess 13 and thereby also to the second region 15 of the first recess 13, whereby the liquid F via the second region 15, the first recess 13 fills (see dashed lines indicated arrow in Fig. 4c ). The liquid F is then stopped and deflected again at the first region 14 of the second depression 13, and the cavity 10 is completely filled initially, leaving the second depression 13 (see FIG. 4d).
Sobald die Flüssigkeit F auch den zweiten Bereich 15 der zweiten Vertiefung 13 erreicht, wird auch über den zweiten Bereich 15 (rampenartiger Übergang R) die zweite Vertiefung 13 befüllt. Die Flüssigkeitsfront der Flüssigkeit F reicht nun bis zum ersten Bereich 14 der letzten Vertiefung 13 (Fig. 4e). As soon as the liquid F also reaches the second region 15 of the second depression 13, the second depression 13 is also filled via the second region 15 (ramp-like transition R). The liquid front of the liquid F now extends to the first region 14 of the last depression 13 (FIG. 4e).
An dem ersten Bereich 14 wird die Flüssigkeit F wiederum zunächst abgestoppt und umgelenkt, bis sie anschließend zum zweiten Bereich 15 der letzten Vertiefung 13 gelangt und von dort ausgehend, diese befüllt. At the first region 14, the liquid F is again initially stopped and deflected until it subsequently reaches the second region 15 of the last depression 13 and, starting there, fills it.
Der Befüllvorgang reicht bis zum Kapillarstopp 24 im Bereich der Auslassöffnung 12 und geht im Wesentlichen ohne Lufteinschlüsse (Luftblasen) vonstatten (vergleiche Fig. 4f). The filling process extends to the capillary stop 24 in the region of the outlet opening 12 and essentially takes place without air inclusions (air bubbles) (compare FIG. 4f).
Durch die wechselseitige Anordnung der Vertiefungen 13 erfolgt eine im Wesentlichen mäanderförmige Steuerung der Flüssigkeit F durch die Kavität 10. Due to the mutual arrangement of the depressions 13, a meandering control of the liquid F takes place through the cavity 10.
Es ist an den Fig. 1 bis 4 ersichtlich, dass sich der zweite Bereich 15 nicht über die gesamte Länge L einer Vertiefung 13 erstreckt, sondern nur einen Teil dieser Länge ausmacht. Ferner nimmt der Bereich 15 auch eine Breite ein, welche deutlich geringer ist als die Breite B der gesamten Vertiefung 13. Insbesondere ist die Breite des Bereichs 15 bevorzugt kleiner als die Hälfte der Breite B der Vertiefung 13. Hierdurch ist es möglich, bei ausreichender Befüllfunktion des Bereichs 15 das Volumen der Vertiefung 13 gut auszunutzen. It can be seen in FIGS. 1 to 4 that the second region 15 does not extend over the entire length L of a depression 13, but only constitutes part of this length. Furthermore, the region 15 also assumes a width which is significantly smaller than the width B of the entire depression 13. In particular, the width of the region 15 is preferably less than half the width B of the depression 13. This makes it possible, with sufficient filling function Area 15 well exploit the volume of the recess 13.
Abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel, bei dem die Bereiche 15 an der der einströmenden Flüssigkeit F abgewandten Längsseiten der Vertiefungen 13 positioniert sind, ist jedoch auch denkbar, derartige Bereiche zumindest teilweise an den Querseiten der Vertiefungen 13 vorzusehen (vergleiche gestrichelt angedeutet 15' in Fig. 1 ). Es ist auch denkbar, mehrere derartiger Bereiche an einer Vertiefung vorzusehen (vergleiche auch Ziffern 43 in Fig. 6). Deviating from the exemplary embodiment shown, in which the regions 15 are positioned on the longitudinal sides of the depressions 13 facing away from the inflowing liquid F, it is also conceivable to provide such regions at least partially on the transverse sides of the depressions 13 (cf. dashed lines 15 'in FIG. 1) ). It is also conceivable to provide a plurality of such areas on a depression (see also numbers 43 in FIG. 6).
In Fig. 5 ist nun ein zweites Ausführungsbeispiel 3 für eine mikrofluidische Struktur eines mikrofluidischen Bauteils 4 dargestellt. Im Unterschied zu der mikrofluidischen Struktur 1 gemäß den Fig. 1 bis 4, umfasst die mikrofluidische Struktur 3 eine Kavität 30, mit geringfügig anders ausgebildeten Vertiefungen 31. Jede Vertiefung 31 ist wiederum mit einem ersten Bereich 32 in Form einer Stoppkante (Kapillarstopp) ausgestattet, welche der Strömungsrichtung S einer einströmenden Flüssigkeit zugewandt ist. Auf der einer einströmenden Flüssigkeit abgewandten Längsseite der Vertiefung 31 ist wiederum ein zweiter Bereich 33 in Form einer Rampe vorgesehen, wobei sich der Bereich 33 über eine gesamte Länge L der Vertiefung 31 erstreckt. Die Breite des Bereichs 33 beträgt wiederum in etwa nur maximal die Hälfte einer Breite B der Vertiefung 31. Auch bei diesem FIG. 5 shows a second exemplary embodiment 3 for a microfluidic structure of a microfluidic component 4. In contrast to the microfluidic structure 1 according to FIGS. 1 to 4, the microfluidic structure 3 comprises a cavity 30, with Each recess 31 is in turn equipped with a first region 32 in the form of a stop edge (capillary stop), which faces the flow direction S of an inflowing liquid. A second region 33 in the form of a ramp is again provided on the longitudinal side of the depression 31 facing away from an inflowing liquid, the region 33 extending over an entire length L of the depression 31. The width of the region 33 is in turn only about a maximum of half a width B of the recess 31. Also in this
Ausführungsbeispiel wird durch die wechselseitige Anordnung der Vertiefungen 31 ein mäanderförmiger Fluss einer einströmenden Flüssigkeit nachgebildet. Embodiment is mimicked by the mutual arrangement of the recesses 31, a meandering flow of an incoming liquid.
Bezugnehmend auf die Fig. 6 wird nunmehr ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Dort ist eine mikrofluidische Struktur 5 auf einem mikrofluidischen Bauteil 6 ersichtlich, die (im Unterschied zu den vorausgehenden Ausführungsbeispielen) eine in Einströmrichtung S einer Flüssigkeit gesehen gekrümmte Kavität 40 aufweist. Referring to Fig. 6, a third embodiment of the invention will now be described. There, a microfluidic structure 5 can be seen on a microfluidic component 6, which (in contrast to the preceding exemplary embodiments) has a curved cavity 40 viewed in the inflow direction S of a liquid.
In der Kavität 40 sind sieben Vertiefungen 41 vorgesehen, wobei jede Vertiefung 41 eine Längserstreckung L aufweist und über diese Länge L gekrümmt verläuft. Des Weiteren ist ersichtlich, dass jede Vertiefung 41 wiederum mit einem ersten Bereich 42 in Form einer Stoppkante (vergleichbar mit Bereich 14 des ersten Ausführungsbeispiels) versehen ist und an der einer einströmenden Flüssigkeit abgewandten Längsseite mit jeweils zwei Bereichen 43 in Form einer Rampe (vergleichbar mit dem Bereich 15 im ersten Ausführungsbeispiel). In the cavity 40 seven recesses 41 are provided, each recess 41 has a longitudinal extent L and extends over this length L curved. Furthermore, it can be seen that each depression 41 is in turn provided with a first region 42 in the form of a stop edge (comparable to region 14 of the first embodiment) and on the longitudinal side facing away from an inflowing liquid, each having two regions 43 in the form of a ramp (comparable to FIG the area 15 in the first embodiment).
Eine einströmende Flüssigkeit wird nun zunächst an den Bereichen 42 gestoppt und umgelenkt werden und nach Erreichen der Bereiche 43 mit dem Befüllvorgang einer jeden Vertiefung 41 beginnen, bis die Flüssigkeit komplett bis zur nächsten Vertiefung 41 weiterläuft. Es ist somit also auch eine schrittweise Befüllung der Kavität 40 ohne nennenswerte Lufteinschlüsse möglich. An inflowing liquid will now be stopped and deflected first at the regions 42 and, after reaching the regions 43, begin the filling process of each depression 41 until the liquid continues to run completely up to the next depression 41. Thus, it is thus also a gradual filling of the cavity 40 without appreciable air pockets possible.
Schließlich soll bezugnehmend auf die Fig. 7 und 8 nochmals kurz auf den Stand der Technik eingegangen werden. Finally, reference is briefly made to the prior art with reference to FIGS. 7 and 8.
In diesen Figuren ist eine mikrofluidische Struktur 7 eines mikrofluidischen Bauteils 8 ersichtlich, bei der innerhalb einer Kavität 50 im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung keine Vertiefungen, sondern Stege 51 angebracht sind. Die Stege 51 sind, ausgehend von Längsseiten der Kavität 50, wechselseitig angeordnet und sollen einen mäanderförmigen Durchfluss einer einströmenden Flüssigkeit (nicht dargestellt) und damit eine weitgehend luftblasenfreie Befüllung der Kavität 50 ermöglichen. Die Stege 51 reichen von einem Boden 53 der Kavität 50 ausgehend bis an einen die Kavität 50 nach oben hin abschließenden Deckel 52 heran. In these figures, a microfluidic structure 7 of a microfluidic component 8 can be seen, in which, within a cavity 50 unlike the embodiments according to the invention, no depressions, but webs 51 are attached. The webs 51, starting from longitudinal sides of the cavity 50, are mutually arranged and intended to meander a flow of an inflowing liquid (not shown) and thus enable a largely bubble-free filling of the cavity 50. The webs 51 extend from a bottom 53 of the cavity 50 starting up to a cavity 50 upwards final cover 52 zoom.
Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass durch die eingebrachten Stege 51 das Nutzvolumen der Kavität 50 deutlich eingeschränkt wird. It is readily apparent that the useful volume of the cavity 50 is significantly limited by the introduced webs 51.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
mikrofluidische Struktur microfluidic structure
mikrofluidisches Bauteil  microfluidic component
mikrofluidische Struktur  microfluidic structure
mikrofluidisches Bauteil  microfluidic component
mikrofluidische Struktur  microfluidic structure
mikrofluidisches Bauteil  microfluidic component
mikrofluidische Struktur  microfluidic structure
mikrofluidisches Bauteil  microfluidic component
Kavität  cavity
Einlassöffnung  inlet port
Auslassöffnung  outlet
Vertiefung  deepening
erster Bereich der Vertiefung (Stoppkante)  first area of the depression (stop edge)
zweiter Bereich der Vertiefung (Rampe) second area of the depression (ramp)
' alternativ ausgebildeter zweiter Bereichalternatively trained second area
" alternativ ausgebildeter zweiter Bereich (konkave Rundung) '" alternativ ausgebildeter zweiter Bereich (konvexe Rundung)"alternatively formed second area (concave rounding) '" alternatively formed second area (convex rounding)
Befüllkanal filling channel
Entlüftungskanal  vent channel
weiterer Mikrokanal  another microchannel
Boden der Kavität  Bottom of the cavity
Boden der Vertiefung  Bottom of the depression
Deckel  cover
Begrenzungskante der Vertiefung  Bounding edge of the depression
Begrenzungskante der Vertiefung  Bounding edge of the depression
Kapillarstop  capillary
Kavität  cavity
Vertiefung  deepening
erster Bereich der Vertiefung (Stoppkante)  first area of the depression (stop edge)
zweiter Bereich der Vertiefung (Rampe)  second area of the depression (ramp)
Kavität  cavity
Vertiefung 42 erster Bereich der Vertiefung (Stoppkante) deepening 42 first area of the depression (stop edge)
43 zweiter Bereich der Vertiefung (Rampe)  43 second area of the depression (ramp)
50 Kavität  50 cavity
51 Steg  51 footbridge
52 Deckel  52 lids
53 Boden der Vertiefung α Winkel  53 bottom of the recess α angle
ß Winkel ß angle
B Breite der Vertiefung B Width of the recess
F Flüssigkeit  F liquid
L Längserstreckung der Vertiefung  L longitudinal extent of the depression
R rampenartiger Übergangsbereich  R ramp-like transition area
S Strömungsrichtung einer einströmenden Flüssigkeit  S flow direction of an inflowing liquid

Claims

Patentansprüche claims
1 . Mikrofluidische Struktur (1 ,3,5), umfassend wenigstens eine Kavität (10,30,40) mit wenigstens einer Einlassöffnung (1 1 ) und wenigstens einer Auslassöffnung (12), wobei die Kavität (10,30,40) mit einer Flüssigkeit (F) befüllbar oder von einer solchen durchströmbar ist und innerhalb der Kavität (10,30,40) wenigstens ein Element1 . Microfluidic structure (1, 3, 5) comprising at least one cavity (10, 30, 40) with at least one inlet opening (11) and at least one outlet opening (12), the cavity (10, 30, 40) being filled with a liquid (F) can be filled or flowed through by such and within the cavity (10,30,40) at least one element
(13,31 ,41 ) vorgesehen ist, welches die Flüssigkeit (F) bei deren Strömung (S) innerhalb der Kavität (10,30,40) zumindest zeitweise abstoppt und/oder zumindest bereichsweise umlenkt, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Element (13,31 ,41 ) durch eine in eine Wandung (19) der Kavität (10,30,40) eingebrachte Vertiefung (13,31 ,41 ) gebildet ist, welche (13,31 ,41 ) wenigstens einen ersten Bereich (14,32,42) aufweist, an dem die Flüssigkeit (F) zumindest zeitweise gestoppt und/oder zumindest bereichsweise umgelenkt wird und zumindest einen zweiten Bereich (15, 15', 15", 15"', 33, 43), an dem die Flüssigkeit (F) bevorzugt in die Vertiefung (13,31 ,41 ) hineinläuft. (13,31, 41) is provided, which stops the liquid (F) in the flow (S) within the cavity (10,30,40) at least temporarily and / or at least partially deflects, characterized in that the at least one element (13, 31, 41) is formed by a depression (13, 31, 41) introduced into a wall (19) of the cavity (10, 30, 40), which (13, 31, 41) has at least one first region (14, 13) , 32, 42), at which the liquid (F) is at least temporarily stopped and / or deflected at least in regions, and at least one second region (15, 15 ', 15 ", 15"', 33, 43) on which the Liquid (F) preferably into the recess (13,31, 41) runs.
2. Mikrofluidische Struktur (1 ,3,5) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich (15,33,43) durch einen rampenartigen Übergang (R) gebildet ist, der, von einem Bodenniveau (19) der Kavität (10) ausgehend, bis auf ein Bodenniveau (20) der Vertiefung (13) übergeht. 2. Microfluidic structure (1, 3, 5) according to claim 1, characterized in that the second region (15, 33, 43) is formed by a ramp-like transition (R) which, from a bottom level (19) of the cavity ( 10), starting at a floor level (20) of the recess (13) passes.
3. Mikrofluidische Struktur (1 ,3,5) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der rampenartige Übergang (R), ausgehend von einer Begrenzungskante (23) der Vertiefung (13) mit der Bodenebene (19) der Kavität (10) einen Winkel (a) von in etwa 10° bis 60°, besonders bevorzugt von in etwa 45° bildet. 3. Microfluidic structure (1, 3,5) according to claim 1 or 2, characterized in that the ramp-like transition (R), starting from a boundary edge (23) of the recess (13) with the bottom plane (19) of the cavity (10 ) forms an angle (a) of about 10 ° to 60 °, more preferably of about 45 °.
4. Mikrofluidische Struktur (1 ,3,5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (14,32,42) durch eine Begrenzungskante (22) der Vertiefung (13) gebildet wird, an der die zusammenlaufenden, die 4. Microfluidic structure (1, 3, 5) according to one of the preceding claims, characterized in that the first region (14, 32, 42) is formed by a boundary edge (22) of the depression (13) on which the converging, the
Begrenzungskante (22) bildenden Wandungen einen Winkel (ß) einnehmen, der kleiner als 120°, besonders bevorzugt in etwa 90° ist.  Contain boundary wall (22) forming an angle (ß), which is smaller than 120 °, more preferably in about 90 °.
5. Mikrofluidische Struktur (1 ,3,5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Vertiefung (13,31 ,41 ) länglich ausgebildet ist, wobei der wenigstens eine erste Bereich (14,32,42) einer einströmenden Flüssigkeit (F) zugewandt und der wenigstens eine zweite Bereich (15,33,43) einer einströmenden Flüssigkeit (F) abgewandt ist. 5. Microfluidic structure (1, 3, 5) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one depression (13, 31, 41) is elongated, wherein the at least one first region (14, 32, 42) of a incoming Liquid (F) facing and the at least one second region (15,33,43) facing away from an inflowing liquid (F).
Mikrofluidische Struktur (1 ,3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Vertiefungen (13,31 ,41 ) vorgesehen sind, die von Seitenwandungen der Kavität (10,30,40) ausgehend, wechselseitig angeordnet sind. Microfluidic structure (1, 3) according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of depressions (13, 31, 41) are provided, which are mutually arranged starting from side walls of the cavity (10, 30, 40).
Mikrofluidische Struktur (1 ,5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der wenigstens eine erste Bereich (14,32,42) in etwa über die gesamte Länge (L) einer Längsseite der wenigstens einen Vertiefung (13,31 ,41 ) erstreckt und der wenigstens eine zweite Bereich (15,33,43) lediglich über einen Teil der Länge (L) einer anderen Längsseite. Microfluidic structure (1, 5) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one first region (14, 32, 42) extends approximately over the entire length (L) of a longitudinal side of the at least one depression (13, 31, 41) and the at least one second region (15, 33, 43) extends only over part of the length (L) of another longitudinal side.
Mikrofluidische Plattform (2,4,6) mit wenigstens einer mikrofluidischen Struktur (1 ,3,5) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7. Microfluidic platform (2, 4, 6) having at least one microfluidic structure (1, 3, 5) according to at least one of claims 1 to 7.
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