EP2905079A1 - Vorrichtung zum Vorlagern eines Fluids in einem mikrofluidischen System, Verfahren zum Betreiben und Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung - Google Patents

Vorrichtung zum Vorlagern eines Fluids in einem mikrofluidischen System, Verfahren zum Betreiben und Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung Download PDF

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EP2905079A1
EP2905079A1 EP15152710.8A EP15152710A EP2905079A1 EP 2905079 A1 EP2905079 A1 EP 2905079A1 EP 15152710 A EP15152710 A EP 15152710A EP 2905079 A1 EP2905079 A1 EP 2905079A1
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EP
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fluid
bottom recess
pressure
membrane
channel
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Withdrawn
Application number
EP15152710.8A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Yvonne Beyl
Thomas BRETTSCHNEIDER
Daniel Czurratis
Sven Zinober
Alexander Grimm
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Priority claimed from DE202014104510.4U external-priority patent/DE202014104510U1/de
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    • B01L3/523—Containers specially adapted for storing or dispensing a reagent with means for closing or opening

Definitions

  • the present invention relates to a device for pre-storing a fluid in a microfluidic system, to a method of operating such a device, and to a method for producing such a device.
  • the EP 1 896 180 B1 discloses a microfluidic system, also called a lab-on-a-chip system, which is equipped with flexible membranes to displace fluids within the system.
  • Microfluidic systems can be designed, for example, as a multilayer structure with a cavity.
  • a membrane to be deflected can be permanently fastened locally to a lid of the cavity in order to define a volume to be displaced during a joining process.
  • a microfluidic system can be understood to mean a system for analyzing the smallest amounts of sample liquids.
  • a system can be a cartridge-like layer composite with a cover element and a base element.
  • Under a cover element and a bottom element can each be understood a layer which is made for example of a plastic, in particular of a polymer.
  • Under a bottom recess can be understood as a depression in the bottom element.
  • Under a fluid may be a liquid reagent for effecting a chemical reaction in the microfluidic System understood.
  • Under a sealing film or a membrane can be understood depending on a sheet-like flexible element such as a plastic layer or a composite layer.
  • the sealing film or the membrane may be, for example, fluid-impermeable.
  • the pressure can be introduced through the pressure channel into a region between the cover element and the membrane.
  • the membrane can be pressed by the pressure against the sealing foil and further into the bottom recess.
  • the present approach is based on the recognition that a reagent in the form of a fluid can be stored long-term stable and space-saving in a lab-on-a-chip system by the fluid is placed in a recess of a substrate and covered by a sealing film.
  • the sealing film can be severed by pneumatic deflection of an elastic membrane.
  • the use of the elastic membrane as a means for opening the sealing film can prevent reagents from getting stuck in the recess, for example due to capillary forces acting between the reagents and a polymer surface. Thus, losses during emptying or even a lack of emptying can be avoided.
  • the device may be provided with a blister which is filled with the fluid.
  • the blister can be arranged in the bottom recess.
  • the sealing foil seal the blister fluid-tight.
  • Under a blister can be understood a tablet package with a cup-like depression, which is sealed with the sealing film. Such a blister is easy and inexpensive to provide. Further, since the fluid is trapped in the blister, contamination of the fluid by foreign matters can be prevented.
  • the membrane may be configured to be further deformed by the pressure upon directing the pressure through the pressure channel after the opening of the closure film such that the fluid from the bottom recess into the fluid channel is moved. In this way, the bottom recess can be safely emptied by the deformation of the membrane.
  • the fluid may be filled in the bottom recess.
  • the sealing foil can seal the bottom recess in a fluid-tight manner.
  • the closure film may be fixed to the bottom element in order to close the bottom recess in a fluid-tight manner.
  • the sealing foil may be attached to the bottom member such that the membrane and the sealing foil are separated by a small gap, thus preventing direct contact between the membrane and the sealing foil.
  • the sealing film may have at least one predetermined breaking point.
  • a predetermined breaking point can be understood as meaning a material weakening of a partial region of the sealing film.
  • the predetermined breaking point can be realized by a reduced thickness of the sealing film or by a specific embossing pattern. Thus, even a relatively low pressure may be sufficient to open the sealing film by the deflection of the membrane.
  • the predetermined breaking point offers the advantage of a controlled and reproducible opening of the sealing film.
  • the predetermined breaking point can be realized according to a further embodiment by means of laser structuring.
  • Laser structuring can be understood as a method in which the predetermined breaking point is generated by means of electromagnetic waves in the sealing film.
  • the predetermined breaking point can be realized particularly quickly and efficiently.
  • the closure film of a prefabricated blister can be provided in this way subsequently very easily with the predetermined breaking point.
  • the closure film can be realized with at least one polymer layer and / or at least one metal layer.
  • the polymer layer and the metal layer can be combined with one another in a layer composite.
  • the sealing film can be made particularly robust.
  • the membrane is fixed to the cover element at least in the region of the fluid channel. This makes it possible to prevent the fluid channel from being narrowed or closed by a deflection of the membrane in the region of the fluid channel.
  • the device can also be provided with at least one further bottom recess.
  • the further bottom recess can be arranged opposite the cover element.
  • the fluid channel may in this case be designed to fluidly connect the bottom recess and the further bottom recess.
  • the further bottom recess can serve, for example, to catch the fluid released when the closure film is opened.
  • the membrane may be fastened to the cover element in a subregion of the bottom recess located on a side of the bottom recess facing away from the fluid channel.
  • an outlet of the pressure channel can be arranged in a subregion of the bottom recess located on a side of the bottom recess facing the fluid channel, in which the membrane is not fastened to the cover element. In this way, deformation range of the membrane can be limited.
  • the membrane may be configured to be deformed back upon the withdrawal of the pressure at the pressure channel after the opening of the sealing film.
  • a negative pressure can be applied to the pressure channel.
  • the membrane can rest continuously on the cover element in the region of the bottom recess. In particular, can be ensured by the back deformation that the fluid channel is released from the membrane.
  • the fluid channel may have a step between a first section of the fluid channel formed in the base element and a second section of the fluid channel formed in the cover element.
  • the first section can open into the bottom recess.
  • the first section and the second section may be parallel to each other and overlap in the area of the step. This can facilitate outflow of the fluid through the fluid channel.
  • the membrane may extend beyond the step.
  • the membrane In the region of the first section of the fluid channel, the membrane may be fastened to the cover element.
  • the membrane In the region of the second section of the fluid channel, the membrane can be movably arranged between the cover element and the bottom element. By moving the membrane in the second section towards the cover element, the fluid channel can be released in the region of the step.
  • the fluid channel can be arranged below to move the fluid in a gravity-driven manner from the bottom recess into the fluid channel. This simplifies the construction of the device.
  • a method of operating said apparatus comprises a step of directing the pressure through the pressure channel to deform the membrane such that the closure sheet is opened.
  • the membrane is further deformed by directing the pressure through the pressure channel such that the fluid is moved from the bottom recess into the fluid channel.
  • the upstream fluid in the device can be displaced by a simple provision of pressure from the bottom recess in the fluid channel.
  • the present approach provides a method of manufacturing a device according to any of the above-described embodiments, the method comprising the steps of: Providing a bottom member having a bottom recess for receiving a fluid and a lid member having at least one pressure channel to direct pressure into a portion of the bottom recess;
  • the bottom recess is arranged opposite the cover element, at least one fluid channel is formed between the cover element and the bottom element, the fluid is arranged in the bottom recess, the closure film at least in a partial region of the bottom recess between the cover element and the bottom element is arranged to hold the fluid in the bottom recess, and the membrane is disposed at least in the region of the bottom recess between the lid member and the sealing foil, wherein the membrane is adapted to be deformed upon pressure of the pressure channel through the pressure so in that the closure film is opened.
  • the membrane may be configured to be deformed by the pressure upon directing the pressure through the pressure channel after the opening of the closure film such that the fluid is moved from the bottom recess into the fluid channel.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the device 100 comprises a cover element 105 and a bottom element 110.
  • the cover element 105 and the bottom element 110 are each designed plate-like.
  • the bottom element 110 has a bottom recess 115, which is arranged opposite the cover element 105.
  • a fluid 120 is upstream.
  • a closing foil 125 is arranged between the lid element 105 and the bottom element 110.
  • the sealing foil 125 is designed to hold the fluid 120 in the bottom recess 115.
  • a pressure channel 130 is further formed in the cover member 105.
  • the pressure channel 130 is realized as a passage opening.
  • One end of the pressure channel 130 is disposed opposite the bottom recess 115.
  • a fluid channel 135 is formed, which leads from the bottom recess 115 to an outside environment of the bottom recess 115.
  • the fluid channel 135 may, for example, be formed by a groove in the cover element 105 or the base element 110.
  • a fluidic connection between the bottom recess 115 and the fluid channel 135 may be closed by the closure film.
  • a membrane 140 is arranged between the closure film 125 and the cover element 105.
  • the membrane 140 further extends across an entire width of the device 100.
  • a pressure can be applied to a side of the membrane 140 facing away from the bottom recess 115.
  • the pressure channel 130 for this purpose with a in Fig. 1 not shown pneumatic pump connected.
  • the membrane 140 is designed to be pressed against the closure film 125 when the pressure is applied in such a way that the closure film 125 tears open.
  • the diaphragm 140 with increasing pressure both in the direction of a bottom surface of the bottom recess 115 and in the direction of the fluid channel 135 trough-shaped bulges, the fluid 120 is pressed by the bottom recess 115 in the fluid passage 135.
  • the fluid 120 is introduced into a blister 145.
  • the blister 145 is disposed in the bottom recess 115.
  • An opening of the blister 145 facing the lid member 105 is sealed with the sealing film 125.
  • An outer edge region of the sealing film 125 protrudes beyond the blister 145.
  • the protruding outer edge region of the closure film 125 is arranged in a groove running along an edge region of the bottom recess 115, which serves to fix the blister 145 in the bottom recess 115.
  • the fluid may be, for example, based on Fig. 5a shown to be arranged directly in the bottom recess 115.
  • Fig. 1 For example, an initial state of the blister 145 in the multilayer structure of a first polymer substrate 105, a polymer membrane 140 and a second polymer substrate 110 is shown.
  • a microfluidic device 100 for emptying an upstream fluid 120 may be configured to provide or transport fluids 120 on a chip.
  • a component 100 can be used, for example, in a lab-on-a-chip system (LOC) in which the entire functionality of a macroscopic laboratory is accommodated on a plastic substrate, for example a credit card-sized plastic.
  • LOC lab-on-a-chip system
  • a plastic substrate for example a credit card-sized plastic.
  • a lab-on-a-chip system is designed, for example, as a polymer-based multilayer structure.
  • Such structures include, for example, two polymer substrates 105, 110, which include cavities in the form of chambers 115 and channels 130, 135.
  • a flexible polymer membrane 140 can be arranged, which can be deflected by means of different pneumatic pressure levels in an adjacent cavity 115. Outside the cavity 115, the membrane 140 is fixed to the adjacent polymer substrates, ie lid 105 and substrate 110, connected.
  • the flexible membrane 140 may be formed to spread when applying compressed air in the entire chamber 115 and thus to displace liquids 120, for example. In this way, liquids can be transported via channels 135 from chamber to chamber on a lab-on-a-chip system and reservoirs or chambers are emptied.
  • pneumatically controlled diaphragm valves can be opened or closed.
  • reagents for lab-on-a-chip systems can be stored in a blister 145 or also integrated in an embroidery pack ("on-chip").
  • a blister 145 is a tablet package in which liquid or solid reagents are stored.
  • Stickpacks are tubular bag packaging in which liquid or solid reagents can be stored for a long time.
  • the reagents are separately filled and sealed in their respective packages.
  • the reagents can be integrated by a kind of pick-and-place system in a respective lab-on-a-chip cartridge in the manufacturing process.
  • Tube bags for reagent pre-storage in lab-on-a-chip systems can be opened and emptied by pressure-driven pneumatic actuation of elastic membranes, for example.
  • FIGS. 2a to 2d 12 show schematic representations of a device 100 in different deflection states according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the membrane 140 is first pressed by the voltage applied to the pressure channel 130 pressure against one of the opening of the pressure channel 130 opposite region of the sealing film 125. If the pressure exerted on the closing foil 125 by the membrane 140 is high enough, the closing foil 125 breaks open and is opened by the increasing deflection of the membrane 140 in the direction of the fluid channel 135, as in FIGS FIGS. 2b to 2d shown.
  • the stored in the blister 145 Fluid 120 pushed out of the blister 145 and conveyed from the bottom recess 115 in the fluid passage 135.
  • an inner surface of the blister 145 is completely lined with the membrane 140. Thus, as complete as possible emptying of the blister 145 is achieved.
  • device 100 by incorporating a blister 145 in lab-on-a-chip, polymer-based, microfluidic systems, such as credit card-sized lab-on-a-chip cartridges, device 100 enables long-term stable storage and reliable delivery of reagents.
  • the sealing film 125 of the blister 145 is pressure-stressed by pneumatically deflecting an elastomeric polymer membrane 140 so that the sealing film 125 opens.
  • the elastic polymer membrane 140 can now penetrate into the hollow body of the blister 145 and empty it efficiently.
  • a targeted weakening of the structure of the blister 145 in the region of the mechanical load leads to a reproducible opening and can be produced, for example, by a preceding structuring of the sealing film 125 by removing an inner and, if present, outer polymer layer of the sealing film 125 realized as a composite film Without a barrier layer, such as aluminum, the sealing film 125 is severed. Thus, a strength of the sealing film 125 is significantly reduced in this area. Thus, a predetermined breaking point is generated without affecting the barrier properties of the sealing film 125.
  • a flexible polymer membrane 140 may be used with blisters 145 having a fill volume of, for example, less than 10 ml, less than 5 ml, or less than 1 ml. In this case, by penetrating the polymer membrane 140, small reagent volumes can be displaced and the blister 145 can be emptied efficiently.
  • the emptying of the reagent 120 is in this case not gravity-driven, so that a safe and reproducible emptying of the reagent 120 is ensured, regardless of a position and location of the entire lab-on-a-chip cartridge.
  • a mechanical actuator such as a plunger for emptying the blister 145 may be dispensed with.
  • Reagent pre-storage in blisters 145 is more space-saving than reagent pre-storage in stick-packs since more volumes per unit area can be stored in blisters 145, i. h., blisters 145 have a smaller footprint. This may be particularly advantageous in lab-on-a-chip cartridges with integrated reagent pre-storage ("on-chip") of several liquid reagents.
  • an opening direction of the blister 145 can be influenced according to an exemplary embodiment of the present invention, for example by dissolving the polymer composite film 125 only in the region of the structuring.
  • the polymer composite film 125 has a preferred direction, whereby an efficiency of the emptying of the blister 145 can be increased.
  • the membrane 140 can be fixed in certain areas. This ensures that the diaphragm 140 does not compress the complete blister 145 and in particular does not close the region in front of the channel 135. This allows a safe and defined exit of the reagent 120.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of an apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 3 is a top view of the in the FIGS. 1 to 2d shown device 100 shown.
  • the cover element 105, the bottom element 110, the bottom recess 115 and the closure film 125 are each embodied as rectangular.
  • the blister 145 is exemplified with an elliptical cup in which the fluid 120 is filled.
  • the cup is covered in a fluid-tight manner by the closure film 125, wherein the closure film 125 protrudes beyond a base surface of the cup.
  • the fluid channel 135 extends, for example, along a longitudinal axis of the blister 145.
  • the pressure channel 130 is offset laterally from a center of the blister 145 and in a region remote from the fluid channel 135 Floor recess 115 arranged. Thus, upon application of the pressure to the pressure channel 130, a deflection of the diaphragm 140 in the direction of the fluid channel 135 is made possible.
  • the blister 145 is located in a recess 115 within the polymer substrate 110. If an overpressure is now applied via the pressure channel 130 in the polymer substrate 105, the polymer membrane 140 begins to deflect and press onto the sealing film 125 of the blister 145. If a critical pressure is reached, the sealing film 125 begins to tear. Finally, the polymer membrane 140 can penetrate into the entire volume of the blister 145 and displace the contents of the blister 145, such as a liquid, into the outlet channel 135. In the region of the outlet channel 135, the membrane 140 is fixed to the polymer substrate 110, for example by laser welding, so that the membrane 140 does not depress the outlet in this area and the reagent 120 can not escape.
  • FIGS. 4a and 4b 12 show schematic representations of a device 100 with a predetermined breaking point 400 according to various embodiments of the present invention.
  • the sealing foil 125 each executed with a predetermined breaking point 400.
  • the closing foil 125 has an arrow-shaped incision in the form of two lines arranged at a right angle to each other, wherein an arrowhead of the incision points in the direction of the fluid channel 135.
  • the lines may, for example, also be arranged at an acute or obtuse angle to one another.
  • the predetermined breaking point 400 is realized in a region of the sealing film 125 opposite the pressure channel 130.
  • Fig. 4b is the predetermined breaking point 400 realized by a material removal of the sealing film 125 in the region of the pressure channel 130.
  • the predetermined breaking point 400 is designed as an example circular, wherein a center of the predetermined breaking point 400 corresponds to a center of a channel cross section of the pressure channel 130.
  • the sealing film 125 for sealing the blister 145 is, for example, a polymer composite of a polymeric sealing layer 125 made of polypropylene (PP) or polyethylene (PE), a barrier layer, for example of metal or aluminum, and a polymeric protective layer, for example of polyethylene terephthalate (US Pat. PET).
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • barrier layer for example of metal or aluminum
  • polymeric protective layer for example of polyethylene terephthalate (US Pat. PET).
  • US Pat. PET polyethylene terephthalate
  • the sealing film 125 can be selected with respect to its thickness and the mechanical properties of the various composite films so that a mechanical pressure of the elastic membrane 140 is sufficient to seal the sealing film 125 at low pressure, for example from 0.5 bar to 5 bar, open. This is achieved by selecting the multilayer structure of the sealing foil 125 as thin as possible.
  • a thickness of the barrier layer is between 10 .mu.m and 50 .mu.m and a thickness of the sealing layer between 5 .mu.m and 50 .mu.m.
  • a protective layer of the sealing film 125 can optionally be dispensed with.
  • the predetermined breaking point 400 is produced on the sealing film 125 of the blister 145 by laser structuring, in particular by lasers having a wavelength in the UV range.
  • Laser structuring can weaken the sealing film 125 locally and in a defined manner by partially removing the protective layer, the sealing layer and / or the barrier layer of the sealing film 125.
  • thicker sealing foils are suitable.
  • the barrier layer, the sealing layer and the protective layer can each be designed with a thickness between 5 ⁇ m and 500 ⁇ m, since the weakening of the sealing film 125 in the area of the predetermined breaking point 400 by thickness reduction is sufficient for a subsequent opening by deflection of the membrane 140.
  • the sealing or protective layer may be partially or completely removed in the region of the predetermined breaking point 400, as in FIG Fig. 4b shown. In particular, however, the barrier layer is not completely severed here, otherwise the barrier properties of the entire blister 145 would be reduced.
  • a barrier layer of aluminum has a minimum thickness of 12 microns. This corresponds to a value that is customary for packaging films.
  • the generation of the predetermined breaking point 400 by laser structuring has the advantage that ready-made standard blisters can be post-processed with the laser without heating up the reagent 120 located therein.
  • thick sealing films 125 with particularly good barrier properties can thus be used, which would be difficult to open without such a predetermined breaking point 400.
  • Fig. 4a shows by way of example a path along which the structure of the sealing foil 125 has been weakened by laser processing.
  • the sealing film 125 Upon application of a mechanical pressure, the sealing film 125 begins to open by the deflection of the polymer membrane 140 at the predetermined breaking point 400, wherein the membrane 140 occupies the entire volume of the blister 145 after a short time and thus displaces the reagent in a defined direction.
  • the predetermined breaking point or surface may be created by removing the polymer layers on one side or on both sides of the metal barrier layer. This can be done for example by means of a hot stamp which evaporates the polymer layer or the polymer layers in the region of a contact surface.
  • the sealing film 125 may be processed with the stamp prior to making the blister 145. As a result, heating of the reagent 120 is avoided. Furthermore, thus a large area of film can be processed in parallel.
  • FIG. 12 shows by way of example a region 400 within which one or more polymer layers of the sealing film 125 have been removed in order to weaken the structure.
  • the sealing film 125 already opens in the region of the predetermined breaking point 400 when a low pressure is applied.
  • the required starting material in the form of the polymer substrates 105, 110 and the required structures in the polymer substrates 105, 110 can be produced for example by milling, injection molding, hot stamping or laser structuring.
  • the breakthroughs of the polymer membrane can be generated by punching or laser structuring.
  • FIGS. 5a to 5d 12 show schematic representations of a device 100 in different deflection states according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the deflection states correspond to those in the FIGS. 2a to 2d shown deflection states.
  • the fluid 120 is not filled in a blister, but directly into the bottom recess 115.
  • the bottom recess 115 is sealed fluid-tight by the sealing film 125.
  • the sealing film 125 is fixed in the edge region of the bottom recess 115 on the bottom element 110 and arranged at a small distance from the membrane 140.
  • the device 100 optionally further comprises a further bottom recess 500, which is fluidically connected to the bottom recess 115 via the fluid channel 135.
  • the further bottom recess 500 like the bottom recess 115, is arranged opposite the cover element 105.
  • the membrane 140 extends between the further bottom recess 500 and the cover element 105.
  • the device 100 comprises a further fluid channel 505, which is embodied, for example, in the cover element 105 in order to fluidically connect the further floor recess 500 to an external environment of the device 100.
  • the further fluid channel 505 is in the FIGS. 5a to 5d closed by the membrane 140.
  • the fluid 120 is displaced from the bottom recess 115 via the fluid channel 135 into the further bottom recess 500.
  • the membrane 140 is fixed in the region of the fluid channel 135 and in the region of the further bottom recess 500 on the cover element 105.
  • FIG. 6a, 6b 12 show schematic representations of a device 100 with a predetermined breaking point 400 according to various embodiments of the present invention.
  • FIGS. 5a to 5d shown device 100 shown In contrast to Fig. 4a is the in Fig. 6a shown breaking point 400 realized by a cross-shaped incision in the sealing film 125 and the in Fig. 6b shown predetermined breaking point 400 realized by a star-shaped incision in the sealing foil 125.
  • the fluid channel 135 and the further fluid channel 505 extend into the Figures 6a and 6b by way of example along a common longitudinal axis.
  • a pneumatically actuatable lab-on-a-chip system with a polymeric multilayer structure with integrated flexible membrane 140 realized.
  • a device 100 integrated in the system is configured to effectively protect the long-term storage vapor-permeable flexible membrane 140 from reagent contact up to a deployment time.
  • highly diffusion-resistant plastics with a suitable wall thickness are used whose properties can be improved by additional coatings. Depending on the service life requirements, less diffusion-proof plastics can be adequately finished with high quality coatings.
  • the reagents are filled into polymer-based cavities 115 and sealed with a polymer composite film 125.
  • a pneumatic deflection of an elastic polymer membrane 140 the sealing film 125 is stressed by pressure and finally opened, which is ensured by a predetermined breaking point 400 of the sealing film 125.
  • the elastic polymer membrane 140 then penetrates into the cavity 115 and the reagent 120 is displaced via a channel 135 into a supply chamber 500.
  • the reagent 120 can be stored directly in the system for a long-term stability and virtually loss-free and released as needed.
  • Such a direct reagent pre-storage is significantly more space-saving than a pre-storage in stick packs or blisters and can be realized with lower production costs.
  • Direct reagent pre-storage can reduce the risk of contamination of the entire lab-on-a-chip system by eliminating the need for separate containers of stick packs or blisters from outside the system.
  • a mechanical actuator for emptying such as a stamp
  • the reagents can be arranged arbitrarily on the lab-on-a-chip system, whereby additional contamination risks are reduced from the outside.
  • a multilayer structure consists of an upper polymer substrate 105, a flexible membrane 140 and a lower polymer substrate 110.
  • a liquid 120 is arranged upstream.
  • the cavity 115 is sealed with a long-term stable sealing film 125 with integrated predetermined breaking point 400. This allows a long-term stable storage of the reagent 120th
  • the sealing between long-term stable sealing film 125 and cavity 115 can be realized inter alia by gluing, ultrasonic sealing, thermal sealing or laser welding. If an overpressure is applied via the channel 130, the membrane 140 is deflected and pressed onto the sealing foil 125. If a critical pressure, for example between 1 bar and 5 bar, is reached, the sealing film 125 begins to crack, as in FIG Fig. 5c shown. Finally, the polymer membrane 140 penetrates into the entire volume of the cavity 115 and displaces the contents of the cavity 115 via the outlet passage 135 into the delivery chamber 500, as in FIG Fig. 5d shown.
  • a reproducible opening of the sealing film 125 can be ensured without the barrier properties of the film 125 being significantly impaired. If the predetermined breaking point 400 is produced by laser structuring, the laser should not be moved repeatedly over the same center point, since otherwise the barrier layer in the center may under certain circumstances be completely removed.
  • a polymer substrate 105, 110 is made of, for example, thermoplastics such as polycarbonate (PC), polypropylene (PP), polyethylene (PE), polymethyl methacrylate (PMMA), cyclo-olefin polymer (COC) or cyclo-olefin copolymer (COP).
  • PC polycarbonate
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • COC cyclo-olefin polymer
  • COP cyclo-olefin copolymer
  • the polymer membrane 140 is made, for example, of elastomer, thermoplastic elastomer, thermoplastics or hot-melt adhesive films.
  • the sealing film 125 may be, for example, commercial polymer composite films of polymeric sealing and protective layers, such as polyethylene, polypropylene, polyamide (PA) or polyethylene terephthalate, and a barrier layer.
  • the barrier layer is usually vapor-deposited aluminum.
  • other high barrier layers such as silica (SiO 2 ), ethylene-vinyl alcohol copolymer (EVOH), biaxially oriented polypropylene (BOPP), Parylene, Aquacer or Lipocer may also be used.
  • a thickness of the polymer substrate is, for example, between 0.5 mm and 5 mm.
  • a thickness of the polymer membrane 140 is, for example, between 5 ⁇ m and 300 ⁇ m.
  • a thickness of the barrier layer is, for example, between 5 ⁇ m and 500 ⁇ m or between 10 ⁇ m and 500 ⁇ m.
  • a respective thickness of the polymer layer and the protective layer is for example between 5 ⁇ m and 500 ⁇ m.
  • a volume of the blister 145 is for example between 100 ⁇ l and 1000 ⁇ l.
  • any other geometric connections between the polymer membrane 140 and a polymer substrate are possible in order to favor a preferred direction of the membrane 140 and a deflection of the membrane 140.
  • Fig. 7 shows a flowchart of a method for operating a device, as described with reference to the preceding figures, according to an embodiment of the present invention.
  • a step 701 the pressure is provided at an end of the pressure channel facing away from the membrane.
  • the membrane By passing the pressure through the pressure channel, the membrane is deformed.
  • the pressure is maintained at least until the sealing film is opened by the deformation of the membrane. If the pressure subsequently continues to be maintained, the fluid is moved from the bottom recess into the fluid channel due to a further deformation of the membrane.
  • Fig. 8 shows a flowchart of a method for producing a device, as described with reference to the preceding figures, according to an embodiment of the present invention.
  • a bottom member is provided with a bottom recess for receiving a fluid. Furthermore, a cover element is provided with at least one pressure channel.
  • a sealing film and a membrane are provided.
  • a step 805 the lid member and the floor member are joined together.
  • the bottom recess is arranged opposite the cover element, at least one fluid channel is formed between the cover element and the bottom element, the fluid is arranged in the bottom recess, the closure film is arranged at least in a partial region of the bottom recess between the cover element and the bottom element in order to supply the fluid in the bottom recess hold, and arranged the membrane at least in the region of the bottom recess between the lid member and the closure film.
  • the diaphragm is designed to be deformed by the pressure when the pressure passes through the pressure channel such that the closure film is opened and the fluid is moved from the bottom recess into the fluid channel.
  • Fig. 9 shows a schematic representation of an apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the device 100 is shown in a plan view.
  • the device 100 is of fundamental construction according to the basis of Fig. 3 constructed device.
  • the sealing film 125 has at least one predetermined breaking point.
  • a predetermined breaking point 400 extends as a line through a section of the sealing film 125 opposite the pressure channel 130.
  • a further predetermined breaking point 400 extends on a side facing the fluid channel 135 in an arcuate manner around the section of the sealing film 125 opposite the pressure channel 130.
  • FIGS. 10 to 14 show schematic cross-sectional views of in Fig. 9 in various deflection states of the membrane 140 according to an embodiment of the present invention.
  • the device 100 is embodied as a lab-on-a-chip system, for example in the form of a cartridge.
  • a fluid for example, at least one reagent stored in the Bottom recess 115.
  • the sealing film 125 is designed as a sigla film.
  • the described approach makes it possible to save reagents 120 in a space-saving manner directly in the respective LoC system 100, e.g. in the form of a cartridge, to store long-term stable and provide on demand, without separate containers, such as stick packs or blisters for the reagents 120 are required.
  • the reagent 120 stored directly in the bottom recess 115 and stored long-term stable with a sealing film 125.
  • the sealing film 125 has a local predetermined breaking point 400, which can be produced by laser ablation, without impairing the barrier properties of the sealing film 125.
  • can on a second bottom recess, as shown in the FIGS. 5a to 5d is shown to be omitted. This offers an enormous savings potential of the area consumption of the preliminary storage concept. A complete deflection of the flexible membrane 140 into the bottom recess 115 for displacing the reagent 120 into a second bottom recess is thus not necessary.
  • an alignment of the chambers, in particular the bottom recess 115 and the fluid channel 135, plays a major role, since the reagent 120, after the sealing foil 125 has been broken open, should be gravity-driven in the area of an outlet valve 505 coupled to the fluid channel 135 in order to actively suck off the reagent 120 to allow.
  • the outlet valve 505 may be arranged, for example, on an end of the fluid channel 135 facing away from the bottom recess 115.
  • Fig. 9 the plan view of the concept is shown.
  • the pneumatic compressed air inlet 130 is located directly above the predetermined breaking point 400 to allow the deflection of the flexible membrane 140 at this location.
  • the predetermined breaking point 400 can also consist of any other geometric shapes.
  • Fig. 9 shown as an advantageous embodiment of the predetermined breaking point 400 is a controlled folding of the sealing foil 125 favors and thus enables a reproducible fluidic connection in the opening operation to the outlet valve 505.
  • Fig. 10 is the initial state, which corresponds to the storage state of the reagent 120, the handheldsharis shown. In this case, the membrane 140 is not formed.
  • Fig. 11 an initial pneumatic actuation of the flexible membrane 140 through the pressure channel 135 in the form of a pneumatic feed line 135 is shown.
  • the flexible membrane 140 is connected to the cover element 105 in the form of a pneumatic layer 105, which prevents a deflection of the membrane 140 in this area.
  • Fig. 12 the membrane 140 is shown in a state in which the membrane 140 is formed so far that the sealing film 125 tears in the region of the predetermined breaking point 400 by the pneumatic and mechanical stress by the flexible membrane 140 and the membrane 140 starts, the sealing film 125 to the To displace edges of the bottom recess 115 and expose the opening of the fluid channel 135 to the outlet valve 505.
  • Fig. 13 a state is shown in which via the pneumatic supply line 135 negative pressure is applied, whereby the deflection of the flexible membrane 140 is released again.
  • the reagent 120 can now collect gravitationally in the region of the outlet valve 505.
  • Fig. 14 an embodiment is shown in which the reagent release is not intended to be gravity driven.
  • the outlet valve 505 can be opened and the reagent 120 can be actively sucked in for further microfluidic processing.
  • polymer substrate 105, 110 for example thermoplastics (eg PC, PP, PE, PMMA, COP, COC), as polymer membrane 130 elastomer, thermoplastic elastomer, thermoplastics or heat-sealing films, as sealing film 125 commercially available polymer films, polymer composite films polymeric sealing and protective layers (eg PE, PP, PA, PET) with a barrier layer in the Normally vapor deposited aluminum, but also other high barrier layers such as SiO2, EVOH, BOPP, Parylene, Aquacer, Lipocer be used.
  • thermoplastics eg PC, PP, PE, PMMA, COP, COC
  • polymer membrane 130 elastomer elastomer
  • thermoplastic elastomer thermoplastic elastomer
  • thermoplastics or heat-sealing films as sealing film 125 commercially available polymer films
  • polymer composite films polymeric sealing and protective layers eg PE, PP, PA, PET
  • barrier layer in the Normally vapor
  • a thickness of the polymer substrate 105, 110 may be 0.5 to 5 mm
  • a volume preceded in cavities 115 may be 5 ⁇ l to 10 ml
  • a thickness of the polymer membrane 140 may be 5 to 300 ⁇ m
  • a multilayer structure of the sealing film 125 a barrier layer (usually Alu) having a thickness of 10 microns to 500 microns, a polymer layer having a thickness of 5 microns to 500 microns and a protective layer having a thickness of 5 microns to 500 microns.
  • any other geometric connections between polymer membrane 140 and polymer substrate 105, 110 are possible in order to favor the preferred direction of the membrane 140 and its deflection.
  • the required polymer substrates 105, 110 as starting material, and the required structures in the polymer substrates 105, 110 can be produced for example by milling, injection molding, hot stamping or laser structuring.
  • the breakthroughs of the polymer membrane 125 can be generated by punching or laser structuring.
  • an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment is both the first feature as well as the second feature and according to another embodiment, either only the first feature or only the second feature.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100) zum Vorlagern eines Fluids (120) in einem mikrofluidischen System. Die Vorrichtung (100) umfasst ein Deckelelement (105) und ein Bodenelement (110) mit einer Bodenausnehmung (115). Die Bodenausnehmung (115) ist dem Deckelelement (105) gegenüberliegend angeordnet und ausgebildet, um das Fluid (120) aufzunehmen. Des Weiteren ist die Vorrichtung (100) mit einer Verschlussfolie (125) vorgesehen, die zumindest im Bereich der Bodenausnehmung (115) zwischen dem Deckelelement (105) und dem Bodenelement (110) angeordnet ist, um das Fluid (120) in der Bodenausnehmung (115) zu halten. Zudem umfasst die Vorrichtung (100) zumindest einen Druckkanal (130), der in dem Deckelelement (105) ausgebildet ist, um einen Druck in einen Bereich der Bodenausnehmung (115) zu leiten, sowie zumindest einen Fluidkanal (135), der zwischen dem Deckelelement (105) und dem Bodenelement (110) ausgebildet ist, um die Bodenausnehmung (115) mit einer Außenumgebung der Bodenausnehmung (115) fluidisch zu verbinden. Schließlich umfasst die Vorrichtung (100) eine Membran (140), die zumindest im Bereich der Bodenausnehmung (115) zwischen dem Deckelelement (105) und der Verschlussfolie (125) angeordnet ist und ausgebildet ist, um bei Leiten des Drucks in den Bereich der Bodenausnehmung (115) durch den Druck derart gegen die Verschlussfolie (125) gedrückt zu werden, dass die Verschlussfolie (125) geöffnet wird.

Description

    Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Vorlagern eines Fluids in einem mikrofluidischen System, auf ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung, und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung.
  • Die EP 1 896 180 B1 offenbart ein mikrofluidisches System, auch Lab-on-a-Chip-System genannt, das mit flexiblen Membranen ausgestattet ist, um Flüssigkeiten innerhalb des Systems zu verschieben.
  • Mikrofluidische Systeme können beispielsweise als Mehrschichtaufbau mit einer Kavität ausgeführt sein. Hierbei kann eine auszulenkende Membran lokal dauerhaft an einem Deckel der Kavität befestigt sein, um noch während eines Fügeprozesses ein zu verdrängendes Volumen festzulegen.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Vorrichtung zum Vorlagern eines Fluids in einem mikrofluidischen System, ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
  • Der vorliegende Ansatz schafft eine Vorrichtung zum Vorlagern eines Fluids in einem mikrofluidischen System, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist:
    • ein Deckelelement;
    • ein Bodenelement mit einer Bodenausnehmung, wobei die Bodenausnehmung dem Deckelelement gegenüberliegend angeordnet ist und ausgebildet ist, um das Fluid aufzunehmen;
    • eine Verschlussfolie, die zumindest in einem Teilbereich der Bodenausnehmung zwischen dem Deckelelement und dem Bodenelement angeordnet ist, um das Fluid in der Bodenausnehmung zu halten;
    • zumindest einen Druckkanal, der in dem Deckelelement ausgebildet ist, um einen Druck in einen Bereich der Bodenausnehmung zu leiten;
    • zumindest einen Fluidkanal, der zwischen dem Deckelelement und dem Bodenelement ausgebildet ist; und
    • eine Membran, die zumindest im Bereich der Bodenausnehmung zwischen dem Deckelelement und der Verschlussfolie angeordnet ist und ausgebildet ist, um bei Leiten des Drucks durch den Druckkanal durch den Druck derart verformt zu werden, dass die Verschlussfolie geöffnet wird.
  • Unter einem mikrofluidischen System kann ein System zur Analyse geringster Mengen von Probenflüssigkeiten verstanden werden. Beispielsweise kann es sich bei einem solchen System um einen kartuschenartigen Schichtverbund mit einem Deckelelement und einem Bodenelement handeln. Unter einem Deckelelement und einem Bodenelement kann je eine Schicht verstanden werden, die beispielsweise aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem Polymer, gefertigt ist. Unter einer Bodenausnehmung kann eine Vertiefung in dem Bodenelement verstanden werden. Unter einem Fluid kann ein flüssiges Reagenz zum Bewirken einer chemischen Reaktion in dem mikrofluidischen System verstanden werden. Unter einer Verschlussfolie oder einer Membran kann je ein flächiges flexibles Element wie beispielsweise eine Kunststofflage oder auch ein Lagenverbund verstanden werden. Die Verschlussfolie oder die Membran kann beispielsweise fluidundurchlässig sein. Der Druck kann durch den Druckkanal in einen Bereich zwischen dem Deckelelement und der Membran eingeleitet werden. Die Membran kann durch den Druck gegen die Verschlussfolie und weiter in die Bodenausnehmung hinein gedrückt werden.
  • Der vorliegende Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass ein Reagenz in Form eines Fluids langzeitstabil und platzsparend in einem Lab-on-a-Chip-System gelagert werden kann, indem das Fluid in eine Vertiefung eines Substrats gegeben wird und durch eine Siegelfolie abgedeckt wird. Um das Fluid bei Bedarf bereitzustellen, kann die Siegelfolie durch pneumatische Auslenkung einer elastischen Membran durchtrennt werden. Dadurch ist eine effiziente Entleerung der Vertiefung auch bei geringen Fluidvolumen sichergestellt, ohne dass separate Behältnisse für das Fluid erforderlich wären.
  • Durch die Verwendung der elastischen Membran als Mittel zum Öffnen der Siegelfolie kann verhindert werden, dass Reagenzien in der Vertiefung hängen bleiben, beispielsweise aufgrund von Kapillarkräften, die zwischen den Reagenzien und einer Polymeroberfläche wirken. Somit können Verluste bei der Entleerung oder gar ein Ausbleiben der Entleerung vermieden werden.
  • Die Vorrichtung kann mit einem Blister vorgesehen sein, der mit dem Fluid befüllt ist. Hierbei kann der Blister in der Bodenausnehmung angeordnet sein. Ferner kann hierbei die Verschlussfolie den Blister fluiddicht verschließen. Unter einem Blister kann eine Tablettenverpackung mit einer napfartigen Vertiefung verstanden werden, die mit der Verschlussfolie versiegelt ist. Ein solcher Blister ist einfach und kostengünstig bereitzustellen. Da das Fluid in dem Blister eingeschlossen ist, kann ferner eine Kontaminierung des Fluids durch Fremdstoffe verhindert werden.
  • Die Membran kann ausgebildet sein, um bei Leiten des Drucks durch den Druckkanal nach dem Öffnen der Verschlussfolie durch den Druck weiter derart verformt zu werden, dass das Fluid von der Bodenausnehmung in den Fluidkanal bewegt wird. Auf diese Weise kann die Bodenausnehmung durch die Verformung der Membran sicher entleert werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden Ansatzes kann das Fluid in die Bodenausnehmung eingefüllt sein. Hierbei kann die Verschlussfolie die Bodenausnehmung fluiddicht verschließen. Indem erforderliche Reagenzien direkt in eine Lab-on-a-Chip-Kartusche abgefüllt und langzeitstabil versiegelt werden, lässt sich eine besonders einfache und kostensparende Reagenzienvorlagerung realisieren.
  • Hierbei kann die Verschlussfolie an dem Bodenelement fixiert sein, um die Bodenausnehmung fluiddicht zu verschließen. Die Verschlussfolie kann beispielsweise derart an dem Bodenelement angebracht sein, dass die Membran und die Verschlussfolie durch einen geringen Zwischenraum voneinander getrennt sind und somit ein direkter Kontakt zwischen der Membran und der Verschlussfolie verhindert wird.
  • Des Weiteren kann die Verschlussfolie zumindest eine Sollbruchstelle aufweisen. Unter einer Sollbruchstelle kann eine Materialschwächung eines Teilbereichs der Verschlussfolie verstanden werden. Beispielsweise kann die Sollbruchstelle durch eine reduzierte Dicke der Verschlussfolie oder durch ein bestimmtes Prägemuster realisiert sein. Somit kann bereits ein relativ niedriger Druck ausreichen, um die Verschlussfolie durch die Auslenkung der Membran zu öffnen. Ferner bietet die Sollbruchstelle den Vorteil einer kontrollierten und reproduzierbaren Öffnung der Verschlussfolie.
  • Die Sollbruchstelle kann gemäß einer weiteren Ausführungsform mittels Laserstrukturierung realisiert sein. Unter Laserstrukturierung kann ein Verfahren verstanden werden, bei der die Sollbruchstelle mittels elektromagnetischer Wellen in der Verschlussfolie erzeugt wird. Dadurch lässt sich die Sollbruchstelle besonders schnell und effizient realisieren. Beispielsweise kann die Verschlussfolie eines vorgefertigten Blisters auf diese Weise nachträglich sehr einfach mit der Sollbruchstelle versehen werden.
  • Ferner kann die Verschlussfolie mit zumindest einer Polymerschicht und/oder zumindest einer Metallschicht realisiert sein. Beispielsweise können die Polymerschicht und die Metallschicht in einem Schichtverbund miteinander kombiniert sein. Durch eine solche Kombination verschiedenartiger Schichten kann die Verschlussfolie besonders robust ausgeführt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Membran zumindest im Bereich des Fluidkanals an dem Deckelelement fixiert ist. Dadurch lässt sich verhindern, dass der Fluidkanal durch eine Auslenkung der Membran im Bereich des Fluidkanals verengt oder verschlossen wird.
  • Die Vorrichtung kann zudem mit zumindest einer weiteren Bodenausnehmung vorgesehen sein. Hierbei kann die weitere Bodenausnehmung dem Deckelelement gegenüberliegend angeordnet sein. Der Fluidkanal kann hierbei ausgebildet sein, um die Bodenausnehmung und die weitere Bodenausnehmung fluidisch miteinander zu verbinden. Die weitere Bodenausnehmung kann beispielsweise dazu dienen, das beim Öffnen der Verschlussfolie freigesetzte Fluid aufzufangen.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann die Membran in einem sich auf einer dem Fluidkanal abgewandten Seite der Bodenausnehmung befindlichen Teilbereich der Bodenausnehmung an dem Deckelelement befestigt sein. In diesem Fall kann ein Auslass des Druckkanals in einem sich auf einer dem Fluidkanal zugewandten Seite der Bodenausnehmung befindlichen Teilbereich der Bodenausnehmung angeordnet sein, in dem die Membran nicht an dem Deckelelement befestigt ist. Auf diese Weise kann Verformungsbereich der Membran begrenzt werden.
  • Die Membran kann ausgebildet sein, um bei Rücknahme des Drucks an dem Druckkanal nach dem Öffnen der Verschlussfolie zurückverformt zu werden. Zusätzlich zur Rücknahme des Drucks kann ein Unterdruck an den Druckkanal angelegt werden. Durch die Zurückverformung der Membran kann die Membran im Bereich der Bodenausnehmung durchgängig an dem Deckelement anliegen. Insbesondere kann durch die Zurückverformung sichergestellt werden, dass der Fluidkanal von der Membran freigegeben wird.
  • Der Fluidkanal kann eine Stufe zwischen einem in dem Bodenelement ausgeformten ersten Abschnitt des Fluidkanals und einem in dem Deckelelement ausgeformten zweiten Abschnitt des Fluidkanals aufweisen. Dabei kann der erste Abschnitt in die Bodenausnehmung münden. Der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt können parallel zu einander verlaufen und im Bereich der Stufe überlappen. Dies kann ein Ausströmen des Fluids durch den Fluidkanal erleichtern.
  • Dabei kann sich die Membran über die Stufe hinweg erstrecken. Im Bereich des ersten Abschnitts des Fluidkanals kann die Membran an dem Deckelelement befestigt sein. Im Bereich des zweiten Abschnitts des Fluidkanals kann die Membran beweglich zwischen dem Deckelelement und dem Bodenelement angeordnet sein. Durch eine Bewegung der Membran in dem zweiten Abschnitt hin zu dem Deckelement kann der Fluidkanal im Bereich der Stufe freigegeben werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann der Fluidkanal im Betrieb der Vorrichtung unten liegend angeordnet sein, um das Fluid schwerkraftgetrieben von der Bodenausnehmung in den Fluidkanal zu bewegen. Dies vereinfacht die Konstruktion der Vorrichtung.
  • Ein Verfahren zum Betreiben einer genannten Vorrichtung umfasst einen Schritt des Leitens des Drucks durch den Druckkanal, um die Membran derart zu verformen, dass die Verschlussfolie geöffnet wird. Vorzugsweise wird weiters die Membran durch das Leitens des Drucks durch den Druckkanal derart verformt, dass das Fluid von der Bodenausnehmung in den Fluidkanal bewegt wird.
  • Auf diese Weise kann das in der Vorrichtung vorgelagerte Fluid durch eine einfache Bereitstellung eines Drucks aus der Bodenausnehmung in den Fluidkanal verlagert werden.
  • Der vorliegende Ansatz schafft ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung gemäß einer der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines Bodenelements mit einer Bodenausnehmung zum Aufnehmen eines Fluids und eines Deckelelements mit zumindest einem Druckkanal, um einen Druck in einen Bereich der Bodenausnehmung zu leiten;
    • Bereitstellen des Fluids, einer Verschlussfolie und einer Membran;
  • Zusammenfügen des Deckelelements und des Bodenelements, wobei die Bodenausnehmung dem Deckelelement gegenüberliegend angeordnet wird, zumindest ein Fluidkanal zwischen dem Deckelelement und dem Bodenelement ausgebildet wird, das Fluid in der Bodenausnehmung angeordnet wird, die Verschlussfolie zumindest in einem Teilbereich der Bodenausnehmung zwischen dem Deckelelement und dem Bodenelement angeordnet wird, um das Fluid in der Bodenausnehmung zu halten, und die Membran zumindest im Bereich der Bodenausnehmung zwischen dem Deckelelement und der Verschlussfolie angeordnet wird, wobei die Membran ausgebildet ist, um bei Leiten des Drucks durch den Druckkanal durch den Druck derart verformt zu werden, dass die Verschlussfolie geöffnet wird.
  • Vorzugsweise kann die Membran ausgebildet sein, um bei Leiten des Drucks durch den Druckkanal nach dem Öffnen der Verschlussfolie durch den Druck derart verformt zu werden, dass das Fluid von der Bodenausnehmung in den Fluidkanal bewegt wird.
  • Der hier vorgestellte Ansatz wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • Fig. 2a, 2b, 2c, 2d schematische Darstellungen einer Vorrichtung in verschiedenen Auslenkungszuständen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • Fig. 4a, 4b schematische Darstellungen einer Vorrichtung mit einer Sollbruchstelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
    • Fig. 5a, 5b, 5c, 5d schematische Darstellungen einer Vorrichtung in verschiedenen Auslenkungszuständen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • Fig. 6a, 6b schematische Darstellungen einer Vorrichtung mit einer Sollbruchstelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung; und
    • Fig. 7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
    • Fig. 8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
    • Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
    • Figuren 10 bis 14 schematische Darstellungen einer Vorrichtung in verschiedenen Auslenkungszuständen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 100 umfasst ein Deckelelement 105 und ein Bodenelement 110. Das Deckelelement 105 und das Bodenelement 110 sind je plattenartig ausgeführt. Das Bodenelement 110 weist eine Bodenausnehmung 115 auf, die dem Deckelelement 105 gegenüberliegend angeordnet ist. In der Bodenausnehmung 115 ist ein Fluid 120 vorgelagert. Im Bereich der Bodenausnehmung 115 ist zwischen dem Deckelelement 105 und dem Bodenelement 110 eine Verschlussfolie 125 angeordnet. Die Verschlussfolie 125 ist ausgebildet, um das Fluid 120 in der Bodenausnehmung 115 zu halten.
  • In dem Deckelelement 105 ist ferner ein Druckkanal 130 ausgebildet. Beispielhaft ist der Druckkanal 130 als Durchgangsöffnung realisiert. Ein Ende des Druckkanals 130 ist der Bodenausnehmung 115 gegenüberliegend angeordnet.
  • Zwischen dem Deckelelement 105 und dem Bodenelement 110 ist ein Fluidkanal 135 ausgebildet, der von der Bodenausnehmung 115 zu einer Außenumgebung der Bodenausnehmung 115 führt. Der Fluidkanal 135 kann beispielsweise durch eine Nut in dem Deckelement 105 oder dem Bodenelement 110 ausgeformt sein. Eine fluidische Verbindung zwischen der Bodenausnehmung 115 und dem Fluidkanal 135 kann durch die Verschlussfolie verschlossen sein.
  • Im Bereich der Bodenausnehmung 115 ist eine Membran 140 zwischen der Verschlussfolie 125 und dem Deckelelement 105 angeordnet. Beispielhaft erstreckt sich die Membran 140 ferner über eine gesamte Breite der Vorrichtung 100.
  • Mittels des Druckkanals 130 kann ein Druck an einer von der Bodenausnehmung 115 abgewandten Seite der Membran 140 angelegt werden. Beispielsweise ist der Druckkanal 130 hierzu mit einer in Fig. 1 nicht dargestellten pneumatischen Pumpe verbunden. Die Membran 140 ist ausgebildet, um bei Anlegen des Drucks derart gegen die Verschlussfolie 125 gedrückt zu werden, dass die Verschlussfolie 125 aufreißt. Dadurch, dass sich die Membran 140 mit zunehmendem Druck sowohl in Richtung einer Bodenfläche der Bodenausnehmung 115 als auch in Richtung des Fluidkanals 135 trogartig auswölbt, wird das Fluid 120 von der Bodenausnehmung 115 in den Fluidkanal 135 gedrückt.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Fluid 120 in einen Blister 145 eingebracht. Der Blister 145 ist in der Bodenausnehmung 115 angeordnet. Eine dem Deckelelement 105 zugewandte Öffnung des Blisters 145 ist mit der Verschlussfolie 125 versiegelt. Ein äußerer Randbereich der Verschlussfolie 125 ragt über den Blister 145 hinaus. Hierbei ist der überstehende äußere Randbereich der Verschlussfolie 125 in einer entlang eines Randbereichs der Bodenausnehmung 115 verlaufenden Nut angeordnet, die dazu dient, den Blister 145 in der Bodenausnehmung 115 zu fixieren. Alternativ kann das Fluid, wie beispielsweise anhand von Fig. 5a gezeigt, direkt in der Bodenausnehmung 115 angeordnet sein.
  • In Fig. 1 ist beispielhaft ein Ausgangszustand des Blisters 145 im Mehrschichtaufbau aus einem ersten Polymersubstrat 105, einer Polymermembran 140 und einem zweiten Polymersubstrat 110 dargestellt.
  • Ein mikrofluidisches Bauteil 100 zur Entleerung einer vorgelagerten Flüssigkeit 120 kann ausgebildet sein, um Flüssigkeiten 120 auf einem Chip bereitzustellen oder zu transportieren. Ein solches Bauteil 100 kann beispielsweise in einem Lab-on-a-Chip-System (LOC) Anwendung finden, in denen die gesamte Funktionalität eines makroskopischen Labors auf einem beispielsweise kreditkartengroßen Kunststoffsubstrat untergebracht ist. Somit können komplexe biologische, diagnostische, chemische oder physikalische Prozesse miniaturisiert ablaufen.
  • Ein Lab-on-a-Chip-System ist beispielsweise als polymerbasierter Mehrschichtaufbau ausgeführt. Solche Aufbauten umfassen beispielsweise zwei Polymersubstrate 105, 110, die Kavitäten in Form von Kammern 115 und Kanälen 130, 135 beinhalten. Zwischen den Polymersubstraten 105, 110 kann eine flexible Polymermembran 140 angeordnet sein, die mithilfe unterschiedlicher pneumatischer Druckniveaus in eine angrenzende Kavität 115 ausgelenkt werden kann. Außerhalb der Kavität 115 ist die Membran 140 fest mit den angrenzenden Polymersubstraten, d. h. Deckel 105 und Substrat 110, verbunden. Beispielsweise kann die flexible Membran 140 ausgebildet sein, um sich bei Anlegen von Druckluft in der ganzen Kammer 115 auszubreiten und damit beispielsweise Flüssigkeiten 120 zu verdrängen. Auf diese Weise können auf einem Lab-on-a-Chip-System Flüssigkeiten über Kanäle 135 von Kammer zu Kammer transportiert werden und Reservoire oder Kammern entleert werden. Nach dem gleichen Prinzip können pneumatisch gesteuerte Membranventile geöffnet oder geschlossen werden.
  • Ferner können Reagenzien für Lab-on-a-Chip-Systeme in einem Blister 145 oder auch in einem Stickpack integriert ("on-chip") gelagert sein. Bei einem Blister 145 handelt es sich um eine Tablettenverpackung, in der flüssige oder feste Reagenzien gelagert werden. Durch den Einsatz spezieller Polymerverbundfolien mit integrierten Barriereschichten, etwa Aluminiumschichten, kann eine langzeitstabile Lagerung flüssiger Reagenzien sichergestellt werden.
  • Stickpacks sind Schlauchbeutelverpackungen, in denen ebenfalls flüssige oder feste Reagenzien langzeitstabil gelagert werden können. Bei beiden Reagenzienvorlagerungskonzepte werden die Reagenzien separat in ihren jeweiligen Verpackungen abgefüllt und versiegelt. Hierbei können die Reagenzien durch eine Art Pick-and-Place-System in eine jeweilige Lab-on-a-Chip-Kartusche im Herstellungsprozess integriert werden.
  • Schlauchbeutel zur Reagenzienvorlagerung in Lab-on-a-Chip-Systemen können beispielsweise durch eine pneumatische Auslenkung elastischer Membranen druckgetrieben geöffnet und entleert werden.
  • Die Figuren 2a bis 2d zeigen schematische Darstellungen einer Vorrichtung 100 in verschiedenen Auslenkungszuständen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In Fig. 2a wird die Membran 140 durch den an dem Druckkanal 130 anliegenden Druck zunächst gegen einen der Öffnung des Druckkanals 130 gegenüberliegenden Bereich der Verschlussfolie 125 gedrückt. Ist der durch die Membran 140 auf die Verschlussfolie 125 ausgeübte Druck hoch genug, bricht die Verschlussfolie 125 auf und wird durch die zunehmende Auslenkung der Membran 140 in Richtung des Fluidkanals 135 geöffnet, wie in den Figuren 2b bis 2d dargestellt. Hierbei wird das in dem Blister 145 gelagerte Fluid 120 aus dem Blister 145 herausgedrückt und von der Bodenausnehmung 115 in den Fluidkanal 135 befördert. In Fig. 2d ist eine Innenfläche des Blisters 145 vollständig mit der Membran 140 ausgekleidet. Somit wird eine möglichst vollständige Entleerung des Blisters 145 erreicht.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ermöglicht die Vorrichtung 100 durch die Integration eines Blisters 145 in polymerbasierten, mikrofluidischen Lab-on-a-Chip-Systemen, beispielsweisekreditkartengroßen Lab-on-a-Chip-Kartuschen, eine langzeitstabile Lagerung und zuverlässige Bereitstellung von Reagenzien. Um reagenzbefüllte Blister 145 effizient zu entleeren, wird die Siegelfolie 125 des Blisters 145 durch ein pneumatisches Auslenken einer elastischen Polymermembran 140 durch Druck beansprucht, sodass sich die Siegelfolie 125 öffnet. Die elastische Polymermembran 140 kann nun in den Hohlkörper des Blisters 145 eindringen und diesen effizient entleeren.
  • Eine gezielte Schwächung der Struktur des Blisters 145 im Bereich der mechanischen Belastung führt zu einem reproduzierbaren Öffnen und kann beispielsweise durch eine vorangehende Strukturierung der Siegelfolie 125 erzeugt werden, indem eine innere und, sofern vorhanden, äußere Polymerschicht der als Verbundfolie realisierten Siegelfolie 125 definiert abgetragen wird, ohne dass eine Barriereschicht, etwa aus Aluminium, der Siegelfolie 125 durchtrennt wird. Damit wird eine Festigkeit der Siegelfolie 125 in diesem Bereich deutlich verringert. Somit wird eine Sollbruchstelle erzeugt, ohne die Barriereeigenschaften der Siegelfolie 125 zu beeinträchtigen.
  • Eine flexible Polymermembran 140 kann mit Blistern 145 mit einem Füllvolumen von beispielsweise weniger als 10 ml, weniger als 5 ml oder weniger als 1 ml verwendet werden. Hierbei können durch Eindringen der Polymermembran 140 auch kleine Reagenzvolumen verdrängt werden und der Blister 145 effizient entleert werden.
  • Die Entleerung des Reagenzes 120 ist hierbei nicht schwerkraftgetrieben, sodass eine sichere und reproduzierbare Entleerung des Reagenzes 120 gewährleistet ist, unabhängig von einer Position und Lage der gesamten Lab-on-a-Chip-Kartusche.
  • Somit kann auf einen mechanischen Aktuator wie etwa einen Stempel zum Entleeren des Blisters 145 verzichtet werden.
  • Eine Reagenzienvorlagerung in Blistern 145 ist platzsparender als eine Reagenzienvorlagerung in Stickpacks, da in den Blistern 145 mehr Volumen pro Fläche gelagert werden kann, d. h., Blister 145 weisen einen kleineren Footprint auf. Dies kann insbesondere bei Lab-on-a-Chip-Kartuschen mit integrierter Reagenzienvorlagerung ("on-chip") mehrerer Flüssigreagenzien von Vorteil sein.
  • Durch eine einseitige Strukturierung einer polymeren Siegelschicht einer Polymerverbundfolie 125 kann gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Öffnungsrichtung des Blisters 145 beeinflusst werden, beispielsweise indem sich die Polymerverbundfolie 125 nur im Bereich der Strukturierung löst. Somit weist die Polymerverbundfolie 125 eine Vorzugsrichtung auf, wodurch eine Effizienz der Entleerung des Blisters 145 gesteigert werden kann.
  • Zusätzlich kann die Membran 140 in bestimmten Bereichen fixiert werden. Somit wird sichergestellt, dass die Membran 140 nicht den kompletten Blister 145 zudrückt und insbesondere nicht den Bereich vor dem Kanal 135 verschließt. Dadurch wird ein sicheres und definiertes Austreten des Reagenzes 120 ermöglicht.
  • Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In Fig. 3 ist eine Draufsicht auf die in den Figuren 1 bis 2d gezeigte Vorrichtung 100 dargestellt. Das Deckelelement 105, das Bodenelement 110, die Bodenausnehmung 115 sowie die Verschlussfolie 125 sind je beispielhaft rechteckig ausgeführt. Der Blister 145 ist beispielhaft mit einem ellipsenförmigen Napf ausgeführt, in den das Fluid 120 eingefüllt ist. Der Napf ist durch die Verschlussfolie 125 fluiddicht abgedeckt, wobei die Verschlussfolie 125 über eine Grundfläche des Napfes hinausragt. Der Fluidkanal 135 erstreckt sich beispielhaft entlang einer Längsachse des Blisters 145. Der Druckkanal 130 ist seitlich versetzt zu einem Mittelpunkt des Blisters 145 sowie in einem von dem Fluidkanal 135 abgewandten Bereich der Bodenausnehmung 115 angeordnet. Somit wird bei Anlegen des Drucks an dem Druckkanal 130 eine Auslenkung der Membran 140 in Richtung des Fluidkanals 135 ermöglicht.
  • Beispielhaft ist in Fig. 3 ein Kanal 135 auf der rechten Seite des Blisters 145 für die Abführung des Reagenzes 120 eingebracht. Der Blister 145 befindet sich in einer Aussparung 115 innerhalb des Polymersubstrats 110. Wird nun über den Druckkanal 130 im Polymersubstrat 105 ein Überdruck angelegt, so beginnt sich die Polymermembran 140 auszulenken und auf die Siegelfolie 125 des Blisters 145 zu drücken. Ist ein kritischer Druck erreicht, beginnt die Siegelfolie 125 zu reißen. Schließlich kann die Polymermembran 140 in das gesamte Volumen des Blisters 145 eindringen und den Inhalt des Blisters 145, beispielsweise eine Flüssigkeit, in den Auslasskanal 135 verdrängen. Im Bereich des Auslasskanals 135 ist die Membran 140 an dem Polymersubstrat 110 fixiert, beispielsweise durch Laserschweißen, damit die Membran 140 den Auslauf in diesem Bereich nicht zudrückt und das Reagenz 120 nicht austreten kann.
  • Die Figuren 4a und 4b zeigen schematische Darstellungen einer Vorrichtung 100 mit einer Sollbruchstelle 400 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Im Gegensatz zu Fig. 3 ist die in den Figuren 4a und 4b gezeigte Verschlussfolie 125 je mit einer Sollbruchstelle 400 ausgeführt. In Fig. 4a weist die Verschlussfolie 125 einen pfeilförmigen Einschnitt in Form zweier in einem rechten Winkel zueinander angeordneter Linien auf, wobei eine Pfeilspitze des Einschnitts in Richtung des Fluidkanals 135 weist. Die Linien können beispielsweise auch in einem spitzen oder stumpfen Winkel zueinander angeordnet sein. Die Sollbruchstelle 400 ist in einem dem Druckkanal 130 gegenüberliegenden Bereich der Verschlussfolie 125 realisiert.
  • In Fig. 4b ist die Sollbruchstelle 400 durch einen Materialabtrag der Verschlussfolie 125 im Bereich des Druckkanals 130 realisiert. Die Sollbruchstelle 400 ist beispielhaft kreisförmig ausgeführt, wobei ein Mittelpunkt der Sollbruchstelle 400 einem Mittelpunkt eines Kanalquerschnitts des Druckkanals 130 entspricht.
  • Durch Einbringung der Sollbruchstelle 400 in der Siegelfolie 125 kann ein notwendiger Druck zum Öffnen des Blisters 145 stark reduziert werden. Außerdem wird das Ausdrücken reproduzierbarer, da ein Eintrittspunkt für die Polymermembran 140 definiert werden kann.
  • Bei der Siegelfolie 125 zum Abdichten des Blisters 145 handelt es sich beispielsweise um einen Polymerverbund aus einer polymeren Siegelschicht 125 aus Polypropylen (PP) oder Polyethylen (PE), einer Barriereschicht, etwa aus Metall oder Aluminium, und einer polymeren Schutzschicht, beispielsweise aus Polyethylenterephthalat (PET). Für das Erzeugen einer definierten Sollbruchstelle 400 kann die Siegelfolie 125 bezüglich ihrer Dicke und der mechanischen Eigenschaften der verschiedenen Verbundfolien so gewählt werden, dass ein mechanischer Druck der elastischen Membran 140 ausreicht, um die Siegelfolie 125 mit geringem Druck, beispielsweise von 0,5 bar bis 5 bar, zu öffnen. Dies wird erreicht, indem der Mehrschichtaufbau der Siegelfolie 125 möglichst dünn gewählt wird. Beispielsweise beträgt eine Dicke der Barriereschicht zwischen 10 µm und 50 µm und eine Dicke der Siegelschicht zwischen 5 µm und 50 µm. Auf eine Schutzschicht der Siegelfolie 125 kann wahlweise verzichtet werden.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Sollbruchstelle 400 auf der Siegelfolie 125 des Blisters 145 durch Laserstrukturieren, insbesondere durch Laser mit Wellenlänge im UV-Bereich, erzeugt. Durch Laserstrukturieren kann die Siegelfolie 125 lokal und definiert geschwächt werden, indem die Schutzschicht, die Siegelschicht und/oder die Barriereschicht der Siegelfolie 125 teilweise abgetragen wird. Hierzu sind auch dickere Siegelfolien geeignet. Beispielsweise können die Barriereschicht, die Siegelschicht und die Schutzschicht je mit einer Dicke zwischen 5 µm und 500 µm ausgeführt sein, da die Schwächung der Siegelfolie 125 im Bereich der Sollbruchstelle 400 durch Dickenreduzierung für eine anschließende Öffnung durch Auslenkung der Membran 140 ausreicht.
  • Die Siegel- oder die Schutzschicht kann im Bereich der Sollbruchstelle 400 teilweise oder vollständig entfernt sein, wie in Fig. 4b gezeigt. Insbesondere die Barriereschicht wird hierbei jedoch nicht vollständig durchtrennt, da ansonsten die Barriereeigenschaften des gesamten Blisters 145 reduziert würden. Um eine ausreichende Barriereeigenschaft der Siegelfolie 125 zu gewährleisten, weist beispielsweise eine Barriereschicht aus Aluminium eine Mindestdicke von 12 µm auf. Dies entspricht einem Wert, der für Verpackungsfolien üblich ist.
  • Die Erzeugung der Sollbruchstelle 400 durch Laserstrukturieren hat den Vorteil, dass fertig hergestellte Standardblister nachträglich mit dem Laser nachbearbeitet werden können, ohne das darin befindliche Reagenz 120 aufzuheizen. Außerdem können somit dicke Siegelfolien 125 mit besonders guten Barriereeigenschaften verwendet werden, die ohne eine derartige Sollbruchstelle 400 nur schwer zu öffnen wären.
  • Fig. 4a zeigt beispielhaft einen Pfad, entlang welchem die Struktur der Siegelfolie 125 durch Laserbearbeitung geschwächt wurde. Bei Anlegen eines mechanischen Drucks beginnt sich die Siegelfolie 125 durch die Auslenkung der Polymermembran 140 an der Sollbruchstelle 400 zu öffnen, wobei die Membran 140 nach kurzer Zeit das gesamte Volumen des Blisters 145 einnimmt und das Reagenz damit in eine definierte Richtung verdrängt.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Sollbruchstelle oder -fläche erzeugt werden, indem die Polymerschichten auf einer Seite oder auf beiden Seiten der Metallbarriereschicht entfernt werden. Dies kann beispielsweise mittels eines heißen Stempels erfolgen, der die Polymerschicht oder die Polymerschichten im Bereich einer Kontaktfläche verdampft. Vorteilhafterweise kann die Siegelfolie 125 vor dem Herstellen des Blisters 145 mit dem Stempel bearbeitet werden. Dadurch wird ein Aufheizen des Reagenzes 120 vermieden. Ferner kann somit eine große Fläche an Folie parallel bearbeitet werden.
  • Fig. 4b zeigt beispielhaft einen Bereich 400, innerhalb welchem eine oder mehrere Polymerschichten der Siegelfolie 125 entfernt wurden, um die Struktur zu schwächen. Hierdurch öffnet sich die Siegelfolie 125 im Bereich der Sollbruchstelle 400 bereits beim Anlegen eines niedrigen Drucks.
  • Das benötigte Ausgangsmaterial in Form der Polymersubstrate 105, 110 sowie die benötigten Strukturen in den Polymersubstraten 105, 110 können beispielsweise durch Fräsen, Spritzguss, Heißprägen oder Laserstrukturierung erzeugt sein. Die Durchbrüche der Polymermembran können durch Stanzen oder Laserstrukturierung erzeugt werden.
  • Die Figuren 5a bis 5d zeigen schematische Darstellungen einer Vorrichtung 100 in verschiedenen Auslenkungszuständen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Auslenkungszustände entsprechen den in den Figuren 2a bis 2d gezeigten Auslenkungszuständen. Im Unterschied zu den Figuren 2a bis 2d ist das Fluid 120 jedoch nicht in einen Blister, sondern direkt in die Bodenausnehmung 115 eingefüllt. Die Bodenausnehmung 115 ist durch die Verschlussfolie 125 fluiddicht versiegelt. Hierbei ist die Verschlussfolie 125 im Randbereich der Bodenausnehmung 115 an dem Bodenelement 110 fixiert und in einem geringen Abstand zur Membran 140 angeordnet.
  • Die Vorrichtung 100 umfasst optional ferner eine weitere Bodenausnehmung 500, die über den Fluidkanal 135 fluidisch mit der Bodenausnehmung 115 verbunden ist. Alternativ kann der Fluidkanal 135, wie in Fig. 1 gezeigt, aus der Vorrichtung 100 herausgeführt sein. Die weitere Bodenausnehmung 500 ist wie die Bodenausnehmung 115 dem Deckelelement 105 gegenüberliegend angeordnet. Zwischen der weiteren Bodenausnehmung 500 und dem Deckelelement 105 erstreckt sich die Membran 140. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung 100 einen weiteren Fluidkanal 505, der beispielhaft in dem Deckelelement 105 ausgebildet ist, um die weitere Bodenausnehmung 500 mit einer Außenumgebung der Vorrichtung 100 fluidisch zu verbinden. Der weitere Fluidkanal 505 ist in den Figuren 5a bis 5d durch die Membran 140 verschlossen.
  • Durch die Auslenkung der Membran 140 bei Anlegen des Drucks an dem Druckkanal 130 wird das Fluid 120 von der Bodenausnehmung 115 über den Fluidkanal 135 in die weitere Bodenausnehmung 500 verdrängt. Hierbei ist die Membran 140 im Bereich des Fluidkanals 135 sowie im Bereich der weiteren Bodenausnehmung 500 an dem Deckelelement 105 fixiert.
  • Fig. 6a, 6b zeigen schematische Darstellungen einer Vorrichtung 100 mit einer Sollbruchstelle 400 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. In den Figuren 6a und 6b ist eine Draufsicht auf die in den Figuren 5a bis 5d gezeigte Vorrichtung 100 dargestellt. Im Unterschied zu Fig. 4a ist die in Fig. 6a gezeigte Sollbruchstelle 400 durch einen kreuzförmigen Einschnitt in die Verschlussfolie 125 realisiert und die in Fig. 6b gezeigte Sollbruchstelle 400 durch einen sternförmigen Einschnitt in die Verschlussfolie 125 realisiert. Der Fluidkanal 135 und der weitere Fluidkanal 505 erstrecken sich in den Figuren 6a und 6b beispielhaft entlang einer gemeinsamen Längsachse.
  • Ein solches Konzept ermöglicht eine direkte und langzeitstabile Reagenzienvorlagerung in polymerbasierten, mikrofluidischen Lab-on-a-Chip-Systemen sowie eine zuverlässige Bereitstellung von Reagenzien 120. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein pneumatisch aktuierbares Lab-on-a-Chip-System mit einem polymeren Mehrschichtaufbau mit integrierter flexibler Membran 140 realisiert. Eine in dem System integrierte Vorrichtung 100 ist ausgebildet, um die im Hinblick auf Langzeitlagerung dampfdurchlässige flexible Membran 140 bis zu einem Einsatzzeitpunkt wirksam vor Reagenzienkontakt zu schützen. Für die Polymerkavitäten 115, 500 werden beispielsweise hoch diffusionsdichte Kunststoffe mit geeigneter Wandstärke verwendet, deren Eigenschaften durch zusätzliche Beschichtungen verbessert sein können. Je nach Lebensdaueranforderungen können auch weniger diffusionsdichte Kunststoffe durch hochwertige Beschichtungen ausreichend veredelt sein.
  • Um Reagenzien langzeitstabil in Lab-on-a-Chip-Systemen zu lagen, werden die Reagenzien in polymerbasierten Kavitäten 115 abgefüllt und mit einer Polymerverbundfolie 125 versiegelt. Durch ein pneumatisches Auslenken einer elastischen Polymermembran 140 wird die Siegelfolie 125 durch Druck beansprucht und schließlich geöffnet, was durch eine Sollbruchstelle 400 der Siegelfolie 125 sichergestellt wird. Die elastische Polymermembran 140 dringt dann in die Kavität 115 ein und das Reagenz 120 wird über einen Kanal 135 in eine Bereitstellungskammer 500 verdrängt. Somit kann das Reagenz 120 langzeitstabil und nahezu verlustfrei im System direkt gelagert werden und bei Bedarf freigegeben werden.
  • Eine solche direkte Reagenzienvorlagerung ist deutlich platzsparender als eine Vorlagerung in Stickpacks oder Blistern und kann mit mit geringeren Herstellungskosten realisiert werden.
  • Durch eine direkte Befüllung entsprechender Kavitäten 115 mit vorzulagernden Reagenzien 120 mittels einer Dispenseranlage kann eine Montage vereinfacht und vergünstigt werden.
  • Durch die direkte Reagenzienvorlagerung können Kontaminationsrisiken bezüglich des gesamten Lab-on-a-Chip-Systems reduziert werden, da keine separaten Behältnisse in Form von Stickpacks oder Blistern von außen in das System zugeführt werden.
  • Auf einen mechanischen Aktuator zum Entleeren, etwa einen Stempel, kann verzichtet werden. Durch eine chipintegrierte pneumatische Aktuierung können die Reagenzien beliebig auf dem Lab-on-a-Chip-System angeordnet werden, wobei zusätzliche Kontaminationsrisiken von außen reduziert werden.
  • In Figuren 5a bis 6b sind Querschnitte sowie eine Funktionsweise des direkten Vorlagerungskonzepts dargestellt. Ein Mehrschichtaufbau besteht aus einem oberen Polymersubstrat 105, einer flexiblen Membran 140 und einem unteren Polymersubstrat 110. In der Kavität 115 ist eine Flüssigkeit 120 vorgelagert. Die Kavität 115 ist mit einer langzeitstabilen Siegelfolie 125 mit integrierter Sollbruchstelle 400 abgedichtet. Dies ermöglicht eine langzeitstabile Lagerung des Reagenzes 120.
  • Die Abdichtung zwischen langzeitstabiler Siegelfolie 125 und Kavität 115 kann unter anderem durch Kleben, Ultraschallsiegelung, thermische Siegelung oder Laserschweißen realisiert sein. Wird über den Kanal 130 ein Überdruck angelegt, so wird die Membran 140 ausgelenkt und auf die Siegelfolie 125 gedrückt. Ist ein kritischer Druck, etwa zwischen 1 bar und 5 bar, erreicht, so beginnt die Siegelfolie 125 zu reißen, wie in Fig. 5c gezeigt. Schließlich dringt die Polymermembran 140 in das gesamte Volumen der Kavität 115 ein und verdrängt den Inhalt der Kavität 115 über den Auslasskanal 135 in die Bereitstellungskammer 500, wie in Fig. 5d gezeigt.
  • Durch Einbringung einer Sollbruchstelle 400 in der Siegelfolie 125 kann ein reproduzierbares Öffnen der Siegelfolie 125 gewährleistet werden, ohne dass die Barriereeigenschaften der Folie 125 signifikant beeinträchtigt werden. Wird die Sollbruchstelle 400 durch Laserstrukturieren hergestellt, sollte der Laser nicht mehrmals über denselben Mittelpunkt verfahren, da sonst die Barriereschicht im Mittelpunkt unter Umständen vollständig abgetragen wird.
  • Ein Polymersubstrat 105, 110 ist beispielsweise aus Thermoplasten wie Polycarbonat (PC), Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polymethylmethacrylat (PMMA), Cyclo-Olefin-Polymer (COC) oder Cyclo-Olefin-Copolymer (COP) gefertigt.
  • Die Polymermembran 140 ist beispielsweise aus Elastomer, thermoplastischem Elastomer, Thermoplasten oder Heißklebefolien gefertigt.
  • Bei der Siegelfolie 125 kann es sich beispielsweise um handelsübliche Polymerverbundfolien aus polymeren Siegel- und Schutzschichten, etwa aus Polyethylen, Polypropylen, Polyamid (PA) oder Polyethylenterephthalat, und einer Barriereschicht handeln. Bei der Barriereschicht handelt es sich in der Regel um aufgedampftes Aluminium. Es können aber auch andere Hochbarriereschichten wie Siliziumdioxid (SiO2), Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer (EVOH), biaxial orientiertes Polypropylen (BOPP), Parylene, Aquacer oder Lipocer verwendet werden.
  • Eine Dicke des Polymersubstrats beträgt beispielsweise zwischen 0,5 mm und 5 mm.
  • Eine Dicke der Polymermembran 140 beträgt beispielsweise zwischen 5 µm und 300 µm.
  • Eine Dicke der Barriereschicht beträgt beispielsweise zwischen 5 µm und 500 µm oder zwischen 10 µm und 500 µm.
  • Eine jeweilige Dicke der Polymerschicht und der Schutzschicht beträgt beispielsweise zwischen 5 µm und 500 µm.
  • Ein Volumen des Blisters 145 beträgt beispielsweise zwischen 100 µl und 1000 µl.
  • Neben den gezeigten Ausführungsbeispielen sind beliebig andere geometrische Verbindungen zwischen der Polymermembran 140 und einem Polymersubstrat möglich, um eine Vorzugsrichtung der Membran 140 sowie eine Auslenkung der Membran 140 zu begünstigen.
  • Fig. 7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Vorrichtung, wie sie anhand der vorangegangenen Figuren beschrieben ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Dabei wird in einem Schritt 701 der Druck an einem der Membran abgewandten Ende des Druckkanals bereitgestellt. Indem der Druck durch den Druckkanal geleitet wird, wird die Membran verformt. Der Druck wird zumindest solange aufrechterhalten, bis die Verschlussfolie durch die Verformung der Membran geöffnet wird. Wird der Druck anschließend weiter aufrechterhalten, so wird das Fluid aufgrund einer weiteren Verformung der Membran von der Bodenausnehmung in den Fluidkanal bewegt.
  • Fig. 8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Vorrichtung, wie sie anhand der vorangegangenen Figuren beschrieben ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • In einem Schritt 801 wird ein Bodenelement mit einer Bodenausnehmung zum Aufnehmen eines Fluids bereitgestellt. Ferner wird ein Deckelelement mit zumindest einem Druckkanal bereitgestellt.
  • In einem Schritt 803 werden das Fluid, eine Verschlussfolie und eine Membran bereitgestellt.
  • In einem Schritt 805 werden das Deckelelement und das Bodenelement zusammengefügt. Dabei wird die Bodenausnehmung dem Deckelelement gegenüberliegend angeordnet, zumindest ein Fluidkanal zwischen dem Deckelelement und dem Bodenelement ausgebildet, das Fluid in der Bodenausnehmung angeordnet, die Verschlussfolie zumindest in einem Teilbereich der Bodenausnehmung zwischen dem Deckelelement und dem Bodenelement angeordnet, um das Fluid in der Bodenausnehmung zu halten, und die Membran zumindest im Bereich der Bodenausnehmung zwischen dem Deckelelement und der Verschlussfolie angeordnet. Dabei ist die Membran ausgebildet, um bei Leiten des Drucks durch den Druckkanal durch den Druck derart verformt zu werden, dass die Verschlussfolie geöffnet wird und das Fluid von der Bodenausnehmung in den Fluidkanal bewegt wird.
  • Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei ist die Vorrichtung 100 in einer Draufsicht dargestellt. Die Vorrichtung 100 ist vom grundsätzlichen Aufbau her entsprechend der anhand von Fig. 3 beschriebenen Vorrichtung aufgebaut. Die Verschlussfolie 125 weist zumindest eine Sollbruchstelle auf. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel verläuft eine Sollbruchstelle 400 als eine Linie durch einen dem Druckkanal 130 gegenüberliegenden Abschnitt der Verschlussfolie 125. Eine weitere Sollbruchstelle400 verläuft auf einer dem Fluidkanal 135 zugewandten Seite bogenförmig um den dem Druckkanal 130 gegenüberliegenden Abschnitt der Verschlussfolie 125.
  • Die Figuren 10 bis 14 zeigen schematische Querschnittsdarstellungen der in Fig. 9 gezeigten Vorrichtung in verschiedenen Auslenkungszuständen der Membran 140 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Anhand der Figuren 9 bis 14 wird im Folgenden ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 100 als ein Lab-on-a-Chip-System, beispielsweise in Form einer Kartusche ausgeführt. In der Bodenausnehmung 115 wird ein Fluid, beispielsweise zumindest ein Reagenz, gelagert. Die Verschlussfolie 125 ist als eine Sigelfolie ausgeführt.
  • Der beschriebene Ansatz ermöglicht es, Reagenzien 120 platzsparend direkt im jeweiligen LoC-System 100, z.B. in Form einer Kartusche, langzeitstabil zu lagern und bei Bedarf bereitzustellen, ohne dass separate Behältnisse, wie Stickpacks oder Blister für die Reagenzien 120 erforderlich sind.
  • Wie bereits anhand der Figuren 1 bis 8 beschrieben, wir auch gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Reagenz 120 direkt in der Bodenausnehmung 115 gelagert und mit einer Siegelfolie 125 langzeitstabil gelagert. Die Siegelfolie 125 verfügt über eine lokale Sollbruchstelle 400, die durch Laserablation erzeugt werden kann, ohne die Barriereeigenschaften der Siegelfolie 125 zu beeinträchtigen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann auf eine zweite Bodenausnehmung, wie sie in den Figuren 5a bis 5d gezeigt ist, verzichtet werden. Dies bietet ein enormes Einsparpotenzial des Flächenverbrauchs des Vorlagerungskonzepts. Eine vollständige Auslenkung der flexiblen Membran 140 in die Bodenausnehmung 115 zur Verdrängung der Reagenz 120 in eine zweite Bodenausnehmung ist somit nicht notwendig. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel spielt eine Ausrichtung der Kammern, insbesondere der Bodenausnehmung 115 und des Fluidkanals 135 eine übergeordnete Rolle, da die Reagenz 120 nach Aufbrechen der Siegelfolie 125 schwerkraftgetrieben im Bereich eines mit dem Fluidkanal 135 gekoppelten Auslassventils 505 stehen soll, um ein aktives Absaugen der Reagenz 120 zu ermöglichen. Das Auslassventil 505 kann beispielsweise an einem der Bodenausnehmung 115 abgewandten Ende des Fluidkanals 135 angeordnet sein.
  • In Fig. 9 ist die Draufsicht des Konzepts dargestellt. Der pneumatische Drucklufteinlass 130 befindet sich direkt über der Sollbruchstelle 400, um die Auslenkung der flexiblen Membran 140 an dieser Stelle zu ermöglichen. Die Sollbruchstelle 400 kann auch aus beliebig anderen geometrischen Formen bestehen. In der in Fig. 9 als eine vorteilhafte Ausführungsform gezeigte Form der Sollbruchstelle 400 wird ein kontrolliertes Umklappen der Siegelfolie 125 begünstigt und damit eine reproduzierbare fluidische Verbindung im Öffnungsvorgang zum Auslassventil 505 ermöglicht.
  • In Fig. 10 ist der Ausgangszustand, der dem Lagerungszustand der Reagenz 120 entspricht, des Vorlagerungskonzepts gezeigt. Dabei ist die Membran 140 nicht ausgeformt.
  • In Fig. 11 ist eine initiale pneumatische Aktuierung der flexiblen Membran 140 durch den Druckkanal 135 in Form einer pneumatischen Zuleitung 135 gezeigt. In einem Bereich 145 ist die flexible Membran 140 mit dem Deckelelement 105 in Form eines Pneumatiklayers 105 verbunden, was eine Auslenkung der Membran 140 in diesem Bereich verhindert.
  • In Fig. 12 ist die Membran 140 in einem Zustand gezeigt, in dem die Membran 140 soweit ausgeformt ist, dass die Siegelfolie 125 im Bereich der Sollbruchstelle 400 durch die pneumatische und mechanische Beanspruchung durch die flexible Membran 140 aufreißt und die Membran 140 beginnt, die Siegelfolie 125 an die Ränder der Bodenausnehmung 115 zu verdrängen und die Öffnung des Fluidkanals 135 zum Auslassventil 505 freizulegen.
  • In Fig. 13 ist ein Zustand gezeigt, in dem über die pneumatische Zuleitung 135 Unterdruck angelegt wird, wodurch die Auslenkung der flexiblen Membran 140 wieder aufgehoben wird. Die Reagenz 120 kann sich nun schwerkraftgetrieben im Bereich des Auslassventils 505 sammeln.
  • In Fig. 14 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, in dem die Reagenzfreigabe nicht weiter schwerkraftgetrieben erfolgen soll. Dazu kann das Auslassventil 505 geöffnet werden und die Reagenz 120 für die weitere mikrofluidische Prozesssierung aktiv angesaugt werden.
  • Zum Herstellen der Vorrichtung 100 können als Materialbeispiele als Polymersubstrat 105, 110 beispielsweise Thermoplaste (z.B. PC, PP, PE, PMMA, COP, COC), als Polymermembran 130 Elastomer, thermoplastisches Elastomer, Thermoplaste oder Heißklebefolien, als Siegelfolie 125 handelsübliche Polymerfolien, Polymerverbundfolien aus polymeren Siegel- und Schutzschichten (z.B. PE, PP, PA, PET) mit einer Barriereschicht aus in der Regel aufgedampften Aluminium, aber auch anderen Hochbarriereschichten wie SiO2, EVOH, BOPP, Parylene, Aquacer, Lipocer, verwendet werden.
  • Als beispielhafte Abmessungen der Ausführungsbeispiele kann eine Dicke des Polymersubstrats 105, 110 0,5 bis 5 mm betragen, ein Volumen, das in Kavitäten 115 vorgelagert wird 5µl bis 10ml betragen, eine Dicke der Polymermembran 140 5 bis 300 µm betragen und ein Mehrschichtaufbau der Siegelfolie 125 eine Barriereschicht (i.d.R. Alu) mit einer Dicke von 10 µm bis 500 µm, eine Polymerschicht mit einer Dicke von 5 µm bis 500 µm und eine Schutzschicht mit einer Dicke von 5 µm bis 500 µm aufweisen.
  • Neben den gezeigten Ausführungsformen sind beliebig andere geometrische Verbindungen zwischen Polymermembran 140 und Polymersubstrat 105, 110 möglich, um die Vorzugsrichtung der Membran 140 sowie ihre Auslenkung zu begünstigen.
  • Die benötigten Polymersubstrate 105, 110 als Ausgangsmaterial, und die benötigten Strukturen in den Polymersubstraten 105, 110 können beispielsweise durch Fräsen, Spritzguss, Heißprägen oder Laserstrukturierung erzeugt werden. Die Durchbrüche der Polymermembran 125 können durch Stanzen oder Laserstrukturierung erzeugt werden.
  • Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
  • Ferner können die hier vorgestellten Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
  • Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine "und/oder"-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.

Claims (15)

  1. Vorrichtung (100) zum Vorlagern eines Fluids (120) in einem mikrofluidischen System, wobei die Vorrichtung (100) folgende Merkmale aufweist:
    ein Deckelelement (105);
    ein Bodenelement (110) mit einer Bodenausnehmung (115), wobei die Bodenausnehmung (115) dem Deckelelement (105) gegenüberliegend angeordnet ist und ausgebildet ist, um das Fluid (120) aufzunehmen;
    eine Verschlussfolie (125), die zumindest in einem Teilbereich der Bodenausnehmung (115) zwischen dem Deckelelement (105) und dem Bodenelement (110) angeordnet ist, um das Fluid (120) in der Bodenausnehmung (115) zu halten;
    zumindest einen Druckkanal (130), der in dem Deckelelement (105) ausgebildet ist, um einen Druck in einen Bereich der Bodenausnehmung (115) zu leiten;
    zumindest einen Fluidkanal (135), der zwischen dem Deckelelement (105) und dem Bodenelement (110) ausgebildet ist; und
    eine Membran (140), die zumindest im Bereich der Bodenausnehmung (115) zwischen dem Deckelelement (105) und der Verschlussfolie (125) angeordnet ist und ausgebildet ist, um bei Leiten des Drucks durch den Druckkanal (130) durch den Druck derart verformt zu werden, dass die Verschlussfolie (125) geöffnet wird.
  2. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, bei der die Membran (140) ausgebildet ist, um bei Leiten des Drucks durch den Druckkanal (130) nach dem Öffnen der Verschlussfolie (125) durch den Druck derart verformt zu werden, dass das Fluid (120) von der Bodenausnehmung (115) in den Fluidkanal (135) bewegt wird.
  3. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, mit einem Blister (145), der mit dem Fluid (120) befüllt ist, wobei der Blister (145) in der Bodenausnehmung (115) angeordnet und durch die Verschlussfolie (125) fluiddicht verschlossen ist.
  4. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der das Fluid (120) in die Bodenausnehmung (115) eingefüllt ist, wobei die Verschlussfolie (125) die Bodenausnehmung (115) fluiddicht verschließt.
  5. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 4, bei der die Verschlussfolie (125) an dem Bodenelement (110) fixiert ist, um die Bodenausnehmung (115) fluiddicht zu verschließen.
  6. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Verschlussfolie (125) zumindest eine Sollbruchstelle (400) aufweist.
  7. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 6, bei der die Sollbruchstelle (400) mittels Laserstrukturierung realisiert ist.
  8. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Membran (140) zumindest im Bereich des Fluidkanals (135) an dem Deckelelement (105) fixiert ist.
  9. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der das Bodenelement (110) zumindest eine weitere Bodenausnehmung (500) aufweist, wobei die weitere Bodenausnehmung (500) dem Deckelelement (105) gegenüberliegend angeordnet ist, und wobei der Fluidkanal (135) ausgebildet ist, um die Bodenausnehmung (110) und die weitere Bodenausnehmung (500) fluidisch miteinander zu verbinden.
  10. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Membran (140) in einem sich auf einer dem Fluidkanal (135) abgewandten Seite der Bodenausnehmung (115) befindlichen Teilbereich der Bodenausnehmung (115) an dem Deckelelement (105) befestigt ist.
  11. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Membran (140) ausgebildet ist, um bei Rücknahme des Drucks an dem Druckkanal (130) nach dem Öffnen der Verschlussfolie (125) zurückverformt zu werden.
  12. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der der Fluidkanal (135) eine Stufe zwischen einem in dem Bodenelement (110) ausgeformten ersten Abschnitt des Fluidkanals (135) und einem in dem Deckelelement (105) ausgeformten zweiten Abschnitt des Fluidkanals (135) aufweist.
  13. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 13, bei der sich die die Membran (140) über die Stufe hinweg erstreckt und im Bereich des ersten Abschnitts des Fluidkanals (135) an dem Deckelelement (105) befestigt ist und im Bereich des zweiten Abschnitts des Fluidkanals (135) beweglich zwischen dem Deckelelement (105) und dem Bodenelement (110) angeordnet ist.
  14. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verfahren den folgenden Schritte umfasst:
    Leiten (701) des Drucks durch den Druckkanal (130), um die Membran (140) derart zu verformen, dass die Verschlussfolie (125) geöffnet wird.
  15. Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
    Bereitstellen (801) eines Bodenelements (110) mit einer Bodenausnehmung (115) zum Aufnehmen eines Fluids (120) und eines Deckelelements (105) mit zumindest einem Druckkanal (130), um einen Druck in einen Bereich der Bodenausnehmung (115) zu leiten;
    Bereitstellen (803) des Fluids (120), einer Verschlussfolie (125) und einer Membran (140);
    Zusammenfügen (805) des Deckelelements (105) und des Bodenelements (110), wobei die Bodenausnehmung (115) dem Deckelelement (105) gegenüberliegend angeordnet wird, zumindest ein Fluidkanal (135) zwischen dem Deckelelement (105) und dem Bodenelement (110) ausgebildet wird, das Fluid in der Bodenausnehmung (115) angeordnet wird, die Verschlussfolie (125) zumindest in einem Teilbereich der Bodenausnehmung (115) zwischen dem Deckelelement (105) und dem Bodenelement (110) angeordnet wird, um das Fluid (120) in der Bodenausnehmung (115) zu halten, und die Membran (140) zumindest im Bereich der Bodenausnehmung (115) zwischen dem Deckelelement (105) und der Verschlussfolie (125) angeordnet wird, wobei die Membran (140) ausgebildet ist, um bei Leiten des Drucks durch den Druckkanal (130) durch den Druck derart verformt zu werden, dass die Verschlussfolie (125) geöffnet wird.
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