EP3183060B1

EP3183060B1 - Reagenzienvorlagerung mit definierter entnahme

Info

Publication number: EP3183060B1
Application number: EP15756364.4A
Authority: EP
Inventors: Sven Zinober; Yvonne Beyl; Daniel Czurratis
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-08-19
Filing date: 2015-08-07
Publication date: 2019-01-09
Anticipated expiration: 2035-08-07
Also published as: EP3183060A1; CN106573244A; WO2016026718A1; US20170225168A1; ES2719600T3; CN106573244B; DE102014216391A1; US10562029B2

Description

Stand der Technik

In der Mikrofluidik müssen Reagenzien über einen längeren Zeitraum für einen späteren Gebrauch vorgelagert werden. Die Vorlagerung erfolgt dabei in der Regel in speziell dafür präparierten Kammern, wobei Zu- und Abflüsse der Kammern fluiddicht versiegelt werden müssen. Aus US 7,980,272 B2 ist beispielsweise eine mikrofluidische Vorrichtung mit einer Probenkammer bekannt, wobei die Öffnung in die Kammer mit einem durch Erwärmung entfernbaren Material verschlossen ist.
US 2003/013205 A1 US 2006/166233 A1 , US 6 082 185 A beschreiben mikrofluidische Vorrichtung zur Analyse von Proben mit Verschlussmitteln zum zeitweisen Verschließen von Öffnungen.

Offenbarung der Erfindung

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, insbesondere eine mikrofluidische Einrichtung, mit einer Kammer zur Aufnahme eines Fluids, wobei die Kammer eine Wand mit einer Öffnung aufweist und wobei die Öffnung mit einem für vorgegebene Substanzen undurchlässigen Verschlussmittel verschlossen ist. Die vorgegebenen Substanzen liegen dabei vorzugsweiser in fluider Form vor oder sind in einem Fluid gelöst. Erfindungsgemäß umfasst die Einrichtung eine Membran, wobei die Membran in einem Bereich einer Außenseite der Wand, welcher an die Öffnung angrenzt, an der Außenseite der Wand anliegt und die Öffnung überdeckt.
Durch die Erfindung wird somit eine vorteilhafte Einrichtung geschaffen, welche mittels des für vorgegebene Substanzen undurchlässigen Verschlussmittels eine langzeitstabile Vorlagerung dieser Substanzen ermöglicht. Darüber hinaus wird bei einer Entfernung des Verschlussmittels aus der Öffnung ein unkontrolliertes Öffnen der Kammer verhindert. Insbesondere wird durch die Erfindung ein unkontrolliertes Austreten der vorgegebenen Substanzen, des vorgelagerten Fluids und/oder des Verschlussmittels aus der Kammer unterbunden und ein definierte Entnahme des Fluids über eine, vorzugsweise gesteuerte, Auslenkung der Membran über der Öffnung ermöglicht.
Eine Entfernung des Verschlussmittels kann insbesondere durch eine zuvor erfolgte zumindest teilweise Erwärmung des Verschlussmittels geschehen. Dabei wird eine Verbindung zwischen einem ersten Teil des Verschlussmittels und einem Teil einer Begrenzung der Öffnung und/oder zwischen einem ersten Teil des Verschlussmittels und einem zweiten Teil des Verschlussmittels gelöst. Nach einer Lösung zumindest eines Teil des Verschlussmittels kann der gelöste Teil aus der Öffnung entfernt werden.
Erfindungsgemäß die Einrichtung einen Fluidkanal, welcher sich zumindest teilweise zwischen der Außenseite der Wand und der Membran derart erstreckt, dass bei einer vorgegebenen Auslenkung eines ersten Abschnitts der Membran über der Öffnung, insbesondere in einen ersten Aufnahmebereich, der Fluidkanal mit der Öffnung fluidisch verbunden ist. Damit ist es vorteilhafterweise möglich, nach der Entfernung zumindest eines Teils des Verschlussmittels durch eine Auslenkung der Membran die vorgelagerten Substanzen aus der Kammer über den Fluidkanal bei Bedarf und in vorgegebenen Mengen abzuleiten.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Einrichtung einen an die der Öffnung abgewandten Seite der Membran angrenzenden zweiten Aufnahmebereich. Der zweite Aufnahmebereich weist hierbei eine Mindestgröße auf, um bei einer vorgegebenen Dehnung des ersten Abschnitts oder eines zweiten Abschnitts der Membran über der Öffnung in den ersten Aufnahmebereich den gelösten Teil des Verschlussmittels in den ersten Aufnahmebereich gemeinsam mit dem ersten Abschnitt oder mit dem zweiten Abschnitt der Membran aufzunehmen. Dies hat den Vorteil, dass der gelöste Teil des Verschlussmittels in einen Bereich außerhalb der Kammer befördert wird und somit bei einer Entleerung der Kammer die Entnahme der vorgelagerten Substanzen nicht behindert. Der erste Aufnahmebereich und der zweite Aufnahmebereich können sich teilweise oder vollständig überlappen oder zumindest teilweise auch durch eine Begrenzung voneinander räumlich getrennt sein.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weisen der erste Aufnahmebereich und/oder der zweite Aufnahmebereich einen Pneumatikzugang zur Einstellung eines Unterdrucks im ersten Aufnahmebereich beziehungsweise im zweiten Aufnahmebereich auf. Der Pneumatikzugang ermöglicht somit die Auslenkung des ersten Abschnitts oder des zweiten Abschnitts der Membran in den ersten Aufnahmebereich beziehungsweise in den zweiten Aufnahmebereich durch den eingestellten Unterdruck. Beispielsweise handelt es sich bei dem Pneumatikzugang um eine Öffnung oder ein Ventil in einer den ersten beziehungsweise zweiten Aufnahmebereich begrenzenden Wand. Vorzugsweise ist der Pneumatikzugang mit einer Pumpe zur Erzeugung des Unterdrucks in dem ersten Aufnahmebereich beziehungsweise in dem zweiten Aufnahmebereich gekoppelt, wobei die Pumpe Teil der erfindungsgemäßen Einrichtung sein kann und/oder beispielweise über eine fluiddichte Leitung mit dem jeweiligen Pneumatikzugang verbunden ist.
Vorzugsweise umfasst die Einrichtung eine an die der Öffnung abgewandten Seite der Membran angrenzende Schicht, wobei die Schicht den ersten Aufnahmebereich und/oder den zweiten Aufnahmebereich in Form einer Aussparung aufweist.
Besonders bevorzugt weist der zweite Aufnahmebereich eine Verengung auf, so dass ein bezogen auf die Membran hinter der Verengung befindlicher Teilbereich des zweiten Aufnahmebereichs die Mindestgröße zur Aufnahme des ersten Abschnitts oder des zweiten Abschnitts der Membran und des gelösten Teils des Verschlussmittels aufweist. Durch diese Verengung wird es dem aufgenommenen Teil des Verschlussmittels erschwert, sich in Richtung der Öffnung der Wand zurückzubewegen und dadurch eine Entnahme der vorgegebenen Substanzen aus der Kammer zu behindern.
Vorzugsweise weist die Öffnung eine vorgegebene Form zu einer gezielten Wegführung des gelösten Teils des Verschlussmittels aus der Öffnung auf. Die vorgegebene Form unterstützt vorteilhafterweise eine Bewegung des gelösten Teils in eine Vorzugsrichtung, beispielsweise in Richtung des ersten Aufnahmebereichs. Insbesondere kann die Öffnung in der Wand der Kammer eine in Richtung der Außenseite der Wand sich vergrößernde oder sich verringernde Breite aufweisen. Die Verbreiterung beziehungsweise Verringerung kann dabei in Form eines Konus, eines Pyramiden- oder eines Tetraederstumpfs ausgeführt sein.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Kammer mit einem Fluid gefüllt, wobei das Fluid eine größere oder eine kleinere Dichte als das Verschlussmittel aufweist, so dass bei der zumindest teilweisen Entfernung des Verschlussmittels aus der Öffnung der Teil des Verschlussmittels in einen auf die Richtung der Schwerkraft bezogenen oberen Bereich der Einrichtung aufsteigt beziehungsweise in einen auf die Richtung der Schwerkraft bezogenen unteren Bereich der Einrichtung absinkt. Damit wird vorteilhafterweise erreicht, dass der gelöste Teil des Verschlussmittels aus einem Bereich unmittelbar um die Öffnung durch die Auftriebswirkung in dem Fluid weggeführt wird und somit die Öffnung für eine Entnahme des Fluids oder der Substanzen aus der Kammer nicht blockiert oder verstopft.
Vorzugsweise umfasst das Verschlussmittel Paraffin. Paraffin eignet sich in besonderer Weise zum Versiegeln in der Mikrofluidik, da es gegenüber vielen Chemikalien reaktionsträge und unlöslich sowie gesundheitlich unbedenklich ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Paraffin einen geringen Schmelzpunkt aufweist und somit die Entfernung eines Teils des Verschlussmittels über eine Erwärmung unterstützt. Durch eine Wahl der Zusammensetzung des Paraffins aus unterschiedlichen Alkanen kann dabei der Schmelzpunkt des Paraffins eingestellt werden.
Vorzugsweise umfasst das Verschlussmittel Metalle oder Metallverbindungen für eine induktive Erwärmung. Da mikrofluidische Einrichtungen größtenteils aus elektrisch nichtleitenden Materialien aufgebaut sind, ist eine Erwärmung des Verschlussmittels über elektromagnetische Induktion besonders vorteilhaft. Damit können auch Verschlussmittel, die sich im Inneren einer mikrofluidischen Einrichtung befinden und somit einer Wärmeeinstrahlung von außen nur schwer zugänglich sind, in einfacher Weise erwärmt werden, ohne dass eine Umgebung des Verschlussmittels übermäßig erwärmt wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Verschlussmittel vorgegebene Stoffe, wobei die Stoffe einen Absorptionsgrad größer 0,8, vorzugsweise größer 0,9, für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 780 und 3000 nm, vorzugsweise zwischen 900 und 1100 nm, aufweisen. Die Verwendung von Rußpartikel in dem Verschlussmittel ist hierbei besonders vorteilhaft.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Kammer zumindest teilweise eine Innenbeschichtung mit einem für vorgegebene Substanzen undurchlässigen Material auf. Dies unterstützt die langzeitstabile Lagerung der Substanzen und verhindert eine Kontamination des mikrofluidischen Systems durch eine Diffusion der Substanzen durch Wände der Kammer. Vorzugsweise umfasst die Innenbeschichtung ein Paraffin, Metallschichten mit Aluminium, Aluminiumoxid, Platin, Silber, Gold, Siliziumdioxidschichten und/oder plasmapolymerisierte Hexamethyldisiloxan-Schichten.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Entnahme eines Fluids aus einer erfindungsgemäßen Einrichtung. Das Verfahren umfasst in einem ersten Schritt eine Lösung, insbesondere durch Erwärmung des Verschlussmittels, zumindest eines Teils des Verschlussmittels aus der Öffnung der Kammer. In einem zweiten Schritt erfolgt eine Auslenkung des ersten Abschnitts der Membran über der Öffnung, insbesondere in den ersten Aufnahmebereich, um den Fluidkanal mit der Öffnung fluidisch zu verbinden. In einem dritten Schritt erfolgt eine Entnahme zumindest eines Teils des in der Kammer aufgenommenen Fluids.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor der Dehnung des ersten Abschnitts der Membran der erste Abschnitt oder der zweite Abschnitt der Membran in den zweiten Aufnahmebereich ausgelenkt, um den gelösten Teil des Verschlussmittels gemeinsam mit dem ersten Abschnitt beziehungsweise mit dem zweiten Abschnitt der Membran in den zweiten Aufnahmebereich aufzunehmen.
Die Erfindung betrifft ferner auch ein Herstellverfahren für eine erfindungsgemäße Einrichtung. Das Herstellverfahren umfasst in einem ersten Schritt ein Verbinden eines ersten Substrats, welches die Kammer zur Aufnahme des Fluids mit der Öffnung aufweist, mit der Membran, so dass die Membran an einer ersten Seite des Substrats anliegt und die Öffnung überdeckt. In einem zweiten Schritt erfolgt ein Verbinden der Membran mit der Schicht, die den ersten und/oder den zweiten Aufnahmebereich zur Aufnahme des auslenkenden ersten Abschnitts der Membran als Ausnehmung aufweist, über die der Öffnung abgewandten Seite der Membran. In einem dritten Schritt erfolgt ein Verschließen der Öffnung mittels eines über eine zumindest teilweise offene Seite des Substrats in die Kammer eingeführten Dispensers mit dem Verschlussmittel. In einem vierten Schritt erfolgt ein Versiegeln der zumindest teilweise offenen Seite des Substrats mit einer Siegelfolie.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkende Elemente werden gleiche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung der Elemente verzichtet wird.
Es zeigen

Figuren la bis c: eine erfindungsgemäße Einrichtung in einer ersten Ausführungsform,
Figuren 2a bis d: ein Herstellverfahren für die erfindungsgemäße Einrichtung als polymerer Mehrschichtaufbau,
Figuren 3a bis c: eine vorteilhaften Weiterbildung der ersten Ausführungsform aus den Figuren la bis c,
Figuren 4a bis c: eine vorteilhafte Weiterbildung der in den Figuren 3a bis c gezeigten Ausführungsform,
Figur 5: ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Entnahme eines Fluids aus einer erfindungsgemäßen Einrichtung.

In Figur 1 ist ein Teil einer erfindungsgemäßen Einrichtung 10 gezeigt, welche eine Kammer 20 zur Aufnahme eines Fluids 21 aufweist. Die Kammer 20 ist an einer Seite durch eine Wand 30 begrenzt, wobei die Kammer 20 eine Öffnung 40 aufweist, welche mit einem für vorgegebene Substanzen undurchlässigen Verschlussmittel 50 verschlossen ist. Ferner umfasst die Einrichtung 10 eine Membran 60, wobei die Membran 60 in einem Bereich einer Außenseite der Wand 30, welcher an die Öffnung 40 angrenzt, an der Außenseite der Wand 30 anliegt und die Öffnung 40 überdeckt. Aufgrund der Überdeckung der Öffnung 40 durch die Membran 60 wird bei einer Entfernung des Verschlussmittels 50 zumindest ein sofortiges Austreten des Fluids 21 aus der Kammer 20 verhindert, selbst wenn die Membran 60 für die im Fluid 21 vorhandenen Substanzen nicht vollständig dampfundurchlässig ist. Ferner wird verhindert, dass bei einer Lösung des Verschlussmittels 50 aus der Öffnung 40 Teile des Verschlussmittels 50 aus der Kammer 20 austreten können. Optional kann an Innenseiten von Wänden der Kammer 20 eine Beschichtung 14 aufgebracht sein, welche ein Durchdiffundieren von Substanzen aus dem Fluid 21 durch die Wände der Kammern verhindert und somit eine langzeitstabile Lagerung des Fluids 21 unterstützt.
Als Materialien für Wände der Kammer 20 eignen sich insbesondere Thermoplaste, beispielsweise Polycarbonate (PC), Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Cyclo-Olefin-Copolymere (COC, COP), mit einer vorzugsweisen Dicke von 0,5 bis 5 mm. Die Membran 60 kann als 0,005 bis 0,3 mm dicke Polymermembran ausgeführt sein und beispielsweise ein Elastomer, ein thermoplastisches Elastomer, ein Thermoplast oder eine Heißklebefolie umfassen. Das Volumen der Kammer 20 beträgt beispielsweise zwischen 0,005 und 50 ml. Die optionale Beschichtung 14 kann Paraffin, Metallschichten mit Aluminium, Aluminiumoxid, Platin, Silber, Gold, Siliziumdioxidschichten und/oder plasmapolymerisierte Hexamethyldisiloxan-Schichten umfassen.
Das Verschlussmittel 50 kann Weich- oder Hartparaffine mit durch einer Wahl der Alkanzusammensetzung vorgebbaren Schmelz- oder Erstarrungspunkten umfassen, wodurch es auf einfache Weise möglich ist, mittels eine in der Nähe der Öffnung 40 angeordneten Wärmequelle 100 durch Erwärmung des Verschlussmittels 50 das Verschlussmittel 50 aus der Öffnung 40 zu entfernen. Eine Erwärmung des paraffinhaltigen Verschlussmittels 50 über den Erstarrungspunkt des verwendeten Paraffins bewirkt durch die einsetzende Schmelzung eine Erweichung und somit eine Loslösung des Verschlussmittels 50 aus der Öffnung 40.
Die Wärmequelle 100 zur Erwärmung eines Teils oder des gesamten Verschlussmittels 50 kann ein externes Heizelement, beispielsweise einen Laser, oder auch ein in die erfindungsgemäße Einrichtung 10 eingebettetes Heizelement umfassen, beispielsweise einen nahe dem Verschlussmittel 50 integrierten Heizwiderstand.
Das Verschlussmittel 50 kann auch Metalle oder Metallverbindungen umfassen, so dass eine Erwärmung des Verschlussmittels 50 über elektromagnetische Induktion erfolgen kann. Für eine gleichförmige Erwärmung kann das Verschlussmittel 50 eine Struktur aus Metall enthalten. Alternativ oder zusätzlich kann das Verschlussmittel 50 auch Stoffe mit einem hohen Absorptionsgrad für elektromagnetische Strahlung in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich umfassen, um eine schnelle und effiziente Erwärmung des Verschlussmittels 50 zu unterstützen. Hierbei eignen sich insbesondere im Paraffin eingebettete Rußpartikel.
Figur 1b zeigt die erfindungsgemäße Einrichtung aus Figur 1a, wobei das Verschlussmittel 50 aus der Öffnung 40 entfernt wurde. Vorteilhafterweise besitzt das Verschlussmittel 50 eine geringere Dichte als das in der Kammer 20 gelagerte Fluid 21, so dass das Verschlussmittel 50 in einen bezogen auf die Richtung 200 der Schwerkraft oberen Bereich der Kammer 20 aufgestiegen ist und somit die Öffnung 40 freiliegt. Da die Membran 60 die Öffnung 40 überdeckt, wird ein Austreten des Fluids 21 aus der Kammer 20 verhindert. Durch ein Auslenken eines ersten Teils 61 der Membran 60 über der Öffnung 40, beispielsweise bewirkt durch Anlegen eines Unterdrucks in einem Bereich um den ersten Teil 61 der Membran 60, kann in weiterer Folge das Fluid 21 aus der Kammer 20 aufgrund der bekannten Größe der Öffnung 40 in wohldefinierten Mengen entnommen werden. Durch die vorteilhafte Kombination eines für das aufgenommene Fluid 21 undurchlässigen Verschlussmittels 50 mit einer anliegenden Membran 60 können selbst solche Fluide langzeitstabil gelagert werden, für welche preiswerte Membranmaterialien nicht vollständig funktionsdicht oder dampfundurchlässig sind.
Im in den Figuren 1a bis 1c gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die erfindungsgemäße Einrichtung 10 weiters einen Fluidkanal 70, welcher sich zumindest teilweise zwischen der Außenseite der Wand 30 und der Membran 60 derart erstreckt, dass bei einer vorgegebenen Auslenkung eines ersten Abschnitts 61 der Membran 60 über der Öffnung 40 der Fluidkanal 70 mit der Öffnung 40 fluidisch verbunden ist. Die Auslenkung des ersten Abschnitts 61 der Membran 60 kann dabei über Anlegen eines Unterdrucks erfolgen. Um die Auslenkung der Membran 60 über der Öffnung 40 auf den ersten Abschnitt 61 der Membran zu begrenzen, umfasst die erfindungsgemäße Einrichtung 10 eine an die der Öffnung 40 abgewandten Seite der Membran 60 angrenzende Schicht 80 mit einem ersten Aufnahmebereich 91 zur Aufnahme des auslenkenden ersten Abschnitts 61 der Membran 60. Alternativ oder zusätzlich kann die Membran 60 mit der Wand 60 und/oder der an die Membran angrenzenden Schicht 80 an jenen Stellen verbunden werden, an welchen eine Auslenkung der Membran 60 nicht erwünscht ist. Über einen Pneumatikzugang 90 in Form einer ersten Durchgangsöffnung 90 in der Schicht 80 zum ersten Aufnahmebereich 91 kann ein Unterdruck zur Auslenkung des ersten Abschnitts 61 der Membran 60 angelegt werden. Dabei kann die Durchgangsöffnung 90 wie in Figur 1b gezeigt beispielsweise mit einer Pumpe 110 verbunden sein. Wie ebenfalls aus Figur 1c ersichtlich, kann nach Auslenkung des ersten Abschnitts 61 der Membran 60 in den ersten Aufnahmebereich 91 das in der Kammer 20 befindliche Fluid 21 über den Fluidkanal 70 entnommen werden.
Um bei einer Entfernung des Verschlussmittels 50 aus der Öffnung 40 eine Wegführung des Verschlussmittels 50 aus der Öffnung 40 zu unterstützen, weist die in den Figuren 1a bis 1c dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung 10 optional eine vorgegebene Form der Öffnung 40 auf. Die vorgegebene Form der Öffnung 40 ist durch eine sich in Richtung der Außenseite der Wand 30 verringernde Breite der Öffnung 40 gekennzeichnet. Ferner ist die Öffnung 40 durch eine erste Fläche 41 begrenzt, wobei die erste Fläche 41 bei einer für den Betrieb der Vorrichtung vorgegebene Orientierung der Vorrichtung in Bezug zur Richtung 200 der wirkenden Auftriebs- und/oder Schwerkraft geneigt ist. Der dabei durch die Flächennormale der ersten Fläche 41 und der Richtung der wirkenden Auftriebs- und/oder Schwerkraft eingeschlossenen Winkel ist größer als 0° und kleiner als 180° und beträgt vorzugsweise zwischen 30° und 60°, ganz bevorzugt etwa 45°. Die Öffnung 40 kann insbesondere derart geformt sein, dass sich das darin befindliches Verschlussmittel 50, welches die Öffnung komplett ausfüllt, die Form eines Konus, eines Pyramiden- oder eines Tetraederstrumpfs aufweist. Solch eine derart geneigte Fläche 41 der Öffnung 40 gibt in Zusammenwirkung mit der Auftriebs- und/oder Schwerkraft eine Vorzugsrichtung 51 für die Wegführung des gelösten Verschlussmittels 50 vor. Wurde das Verschlussmittel 50 durch Erwärmung verflüssigt, so bewirkt die geneigte erste Fläche 41 eine in Richtung des Innenraums der Kammer 20 resultierende Auftriebskraft für das abfließende Verschlussmittel 50. Wurde das Verschlussmittel 50 durch Erwärmung nur erweicht, aber nicht in seiner Form verändert, so verhindert die sich verringernde Breite der 40 ein Austreten der erweichten Verschlussmittels 50 aus der Kammer. Ferner bewirkt die an der geneigten erste Fläche 41 resultierende Auftriebskraft ein gezieltes Wegführen der Verschlussmittel 50 aus der Öffnung 40 in den Innenraum der Kammer 20.
Alternativ ist es auch möglich, dass die Öffnung 40 ein in Richtung der Außenseite der Wand 30 sich vergrößernde Breite aufweist. Dies hat die vorteilhafte Wirkung, dass bei einer Lösung der Verbindung zwischen dem Verschlussmittel 50 und der Öffnung 40 das Verschlussmittel 50 zunächst an einer Bewegung in die Kammer 20 hinein behindert wird und in der Öffnung 40 verbleibt. Nach einer Auslenkung des ersten Abschnitts 61 der Membran 60 kann das Verschlussmittel 50 über den Fluidkanal 70 aus der Öffnung 40 weggeführt werden.
In den Figuren 2a bis 2d ist ein Herstellverfahren für die erfindungsgemäße Einrichtung 10 als polymerer Mehrschichtaufbau dargestellt. Wie in Figur 2a gezeigt, wird die Einrichtung 10 hergestellt durch Verbindung eines ersten Substrats 15, welches die Kammer 20 in Form einer Ausnehmung mit der Öffnung 40 aufweist, mit der flexiblen Membran 60, so dass die Membran 60 an einer ersten Seite des Substrats 15 anliegt und die Öffnung 40 überdeckt, und durch Verbindung der Membran 60 mit der Schicht 80 über die der Öffnung 40 abgewandten Seite der Membran 60. Die Schicht 80 weist dabei einen Aufnahmebereich 91, 92 zur Aufnahme des auslenkenden ersten Abschnitts 61 der Membran 60 als Ausnehmung auf. Nach dem Verbinden des Substrats 15 mit der Membran 60 können die Innenseiten der Wände der Kammer 20 über eine zumindest teilweise offene zweite Seite 16 mit der Beschichtung 14 für eine langzeitstabile Lagerung des Fluids 21 versehen werden. Figur 2b zeigt, wie mit Hilfe eines über die zumindest teilweise offene zweite Seite 16 in die Kammer 20 eingeführten Dispensers 300 die Öffnung 40 mit dem Verschlussmittel 50 verschlossen wird, bevor, wie in Figur 2c dargestellt, die Kammer 20 mit dem Fluid 21 über den Dispenser 300 befüllt wird. Figur 2d zeigt schließlich, wie die offene Seite 16 des Substrats 15 und somit die Kammer 20 mit einer Siegelfolie 17, beispielsweise einer Polymerverbundfolie oder einer Polymerplatte, fluiddicht durch Verkleben oder Verschweißen versiegelt wird.
In den Figuren 3a bis 3c ist eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung 10 dargestellt, basierend auf der in den Figuren 1a bis 1c dargestellten Ausführungsform. Die Weiterbildung unterscheidet sich von der dargestellten Ausführungsform der Figuren 1a bis 1c durch eine Öffnung 40, wobei die Öffnung 40 eine in Richtung der Außenseite der Wand 30 sich vergrößernde Breite aufweist. Die vergrößernde Breite ist neben der ersten Fläche 41 durch eine zweite die Öffnung 40 begrenzende Fläche 42 gekennzeichnet, wobei die erste Fläche 41 und die zweite Fläche 42 bei einer für den Betrieb der Vorrichtung vorgegebene Orientierung der Vorrichtung in Bezug zur Richtung 200 der wirkenden Auftriebs- und/oder Schwerkraft geneigt sind. Der dabei durch die Flächennormalen der ersten Fläche 41 und der zweiten Fläche 42 und der Richtung der wirkenden Auftriebs- und/oder Schwerkraft eingeschlossenen Winkel ist größer als 0° und kleiner als 180° und beträgt vorzugsweise zwischen 30° und 60°, ganz bevorzugt etwa 45°. Die Öffnung 40 weist damit aufgrund der von unten die Öffnung 40 begrenzenden geneigten zweiten Fläche 42 und der von oben die Öffnung 40 begrenzenden geneigten Fläche 41 eine sich in Richtung der Außenseite der Wand 30 vergrößernde Breite auf. Aufgrund der Neigung der ersten und der zweiten Fläche 41, 42 wird in Zusammenwirkung mit der Auftriebskraft in dem Fluid 21 ein Abrutschen oder Abfließen des erweichten beziehungsweise geschmolzenen Verschlussmittels 50 entlang der ersten und zweiten Fläche 41, 42 in Richtung der Außenseite der Wand 30 unterstützt. Ferner weist die Membran 60 einen zweiten Abschnitt 62 auf, wobei der erste Abschnitt 61 der Membran 60 in den ersten Aufnahmebereich 91 der Schicht 80 und der zweite Abschnitt 62 in einen zweiten Aufnahmebereich 92 der Schicht 80 ausgelenkt werden kann. Über einen weiteren Pneumatikzugang 93 in Form einer zweiten Durchgangsöffnung 93 in der Schicht 80 zum zweiten Aufnahmebereich 92 kann ein Unterdruck zur Auslenkung des zweiten Abschnitts 62 der Membran 60 angelegt werden. Der zweite Aufnahmebereich 92 weist eine Mindestgröße zur Aufnahme des entfernten Verschlussmittels 50 gemeinsam mit dem zweiten Abschnitt 62 bei Auslenkung des zweiten Abschnitts 62 in den zweiten Aufnahmebereich 92 auf. Entsprechend dem in den Figuren 1a bis 1c dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt eine fluidische Verbindung des Fluidkanals 70 mit der Öffnung 40 über eine Auslenkung des ersten Abschnitts 61 der Membran 60. Somit kann die Entnahme des Fluids 21 aus der Kammer 20 in zwei Schritten ablaufen. In einem ersten in Figuren 3a und b dargestellten Schritt wird das Verschlussmittel 50 über die Wärmequelle 100 erwärmt und durch Auslenkung des zweiten Abschnitts 62 der Membran 60 in den zweiten Aufnahmebereich 92 aufgenommen. In einem zweiten Schritt wird durch Auslenkung des ersten Abschnitts 61 der Membran 60 in den ersten Aufnahmebereich 91 eine fluidische Verbindung der Kammer 20 zum Fluidkanal 70 hergestellt.
In den Figuren 4a bis 4c ist eine Weiterbildung des in den Figuren 3a bis 3c dargestellten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Einrichtung 10 gezeigt. In dieser Weiterbildung umfasst der zweite Aufnahmebereich 92 der Schicht 80 eine Verengung 94, wobei die Verengung 94 in der Ausnehmung 92 derart angeordnet ist, dass ein bezogen auf die Membran 60 hinter der Verengung 94 befindlicher Teilbereich 95 des zweiten Aufnahmebereichs 92 eine Mindestgröße zur Aufnahme des zweiten Abschnitts 62 der Membran 60 gemeinsam mit dem entfernten Verschlussmittel 50 aufweist. Dies hat den Vorteil, dass bei einer Auslenkung des zweiten Abschnitts 62 in den Teilbereich 95 der zweiten Ausnehmung 92 und nach einer erfolgten Verfestigung des aufgenommenen erweichten oder geschmolzenen Verschlussmittels 50 eine Rückbewegung des verfestigten Verschlussmittels 50 in einen Bereich nahe der Öffnung 40 durch die Verengung 94 erschwert oder gar verhindert wird.
In Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens 500 zur Entnahme eines Fluids 21 aus der Kammer 20 der erfindungsgemäßen Einrichtung 10 dargestellt. In einem ersten Schritt 501 wird durch Erwärmen zumindest ein Teil des Verschlussmittels 50 aus der Öffnung 40 gelöst und entfernt. In einem zweiten Schritt 502 wird der erste Abschnitt 61 der Membran 60 über der Öffnung 40 ausgelenkt, um den Fluidkanal 70 mit der Öffnung 40 fluidisch zu verbinden. In einem dritten Schritt 503 wird zumindest ein Teil des in der Kammer 20 aufgenommenen Fluids 21 entnommen. Optional kann in einem vor dem zweiten Schritt 502 vorgenommenen Zwischenschritt 5011 der zweite Abschnitt 62 der Membran 60 in den zweiten Aufnahmebereich 92 ausgelenkt werden, um das entfernte Verschlussmittel gemeinsam mit dem zweiten Abschnitt 62 der Membran 60 in den zweiten Aufnahmebereich 92 aufzunehmen.

Claims

Einrichtung (10), insbesondere mikrofluidische Einrichtung, mit einer Kammer (20) zur Aufnahme eines Fluids (21), wobei die Kammer (20) eine Wand (30) mit einer Öffnung (40) aufweist und wobei die Öffnung (40) mit einem für vorgegebene Substanzen undurchlässigen, entfernbarem Verschlussmittel (50) verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (10) eine Membran (60) umfasst, wobei die Membran (60) in einem Bereich einer Außenseite der Wand (30), welcher an die Öffnung (40) angrenzt, an der Außenseite der Wand (30) anliegt und die Öffnung (40) überdeckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (10) einen Fluidkanal (70) umfasst, welcher sich zumindest teilweise zwischen der Außenseite der Wand (30) und der Membran (60) derart erstreckt, dass bei einer vorgegebenen Auslenkung eines ersten Abschnitts (61) der Membran (60) über der Öffnung (40), insbesondere in einen ersten Aufnahmebereich (91), der Fluidkanal (70) mit der Öffnung (40) fluidisch verbunden ist.
Einrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung (10) einen an die der Öffnung (40) abgewandten Seite der Membran (60) angrenzenden zweiten Aufnahmebereich (92) umfasst, wobei der zweite Aufnahmebereich (92) eine Mindestgröße aufweist, um bei einer vorgegebenen Auslenkung des ersten Abschnitts (61) der Membran (60) oder eines zweiten Abschnitts (62) der Membran (60) über der Öffnung (40) in den zweiten Aufnahmebereich (92) einen, insbesondere durch eine Erwärmung des Verschlussmittels (50), aus der Öffnung (40) gelösten Teil des Verschlussmittels (50) gemeinsam mit dem ersten Abschnitt (61) beziehungsweise dem zweiten Abschnitt (62) der Membran (60) aufzunehmen.
Einrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei der erste Aufnahmebereich (91) und/oder der zweite Aufnahmebereich (92) einen Pneumatikzugang (90, 93) zur Einstellung eines Unterdrucks im ersten Aufnahmebereich (90) beziehungsweise im zweiten Aufnahmebereich aufweisen, um die Auslenkung des ersten Abschnitts (61) oder des zweiten Abschnitts (62) der Membran in den ersten Aufnahmebereich (91) beziehungsweise in den zweiten Aufnahmebereich (92) durch den eingestellten Unterdruck zu verursachen.
Einrichtung (10) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Einrichtung (10) eine an die der Öffnung (40) abgewandten Seite der Membran (60) angrenzende Schicht (80) umfasst, wobei die Schicht (80) den ersten Aufnahmebereich (91) und/oder den zweiten Aufnahmebereich in Form einer Aussparung aufweist.
Einrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der zweite Aufnahmebereich (92) eine Verengung (94) aufweist, so dass ein bezogen auf die Membran (60) hinter der Verengung (94) befindlicher Teilbereich (95) des zweiten Aufnahmebereichs (92) die Mindestgröße zur Aufnahme des ersten Abschnitts (61) oder des zweiten Abschnitts (62) der Membran (60) und des gelösten Teils des Verschlussmittels (50) aufweist.
Einrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Öffnung (40) eine vorgegebene Form zu einer gezielten Wegführung des gelösten Teils des Verschlussmittels(50) aus der Öffnung (40) aufweist, wobei die vorgegebene Form durch eine in Richtung der Außenseite der Wand (30) sich vergrößernde oder sich verringernde Breite der Öffnung (40) gekennzeichnet ist.
Einrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kammer (20) mit einem Fluid (21) befüllt ist und das Fluid (21) eine größere oder eine kleinere Dichte als das Verschlussmittel (50) aufweist, so dass der gelöste Teil des Verschlussmittel (50) in einen auf die Richtung der Schwerkraft bezogenen oberen Bereich der Einrichtung (10) aufsteigt beziehungsweise in einen auf die Richtung der Schwerkraft bezogenen unteren Bereich der Einrichtung (10) absinkt.
Einrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verschlussmittel (50) Paraffin umfasst.
Einrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verschlussmittel (50) Metalle oder Metallverbindungen für eine induktive Erwärmung umfasst.
Einrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kammer (20) zumindest teilweise eine Innenbeschichtung (14) mit einem für vorgegebene Substanzen undurchlässigen Material aufweist.
Verfahren (500) zur Entnahme eines Fluids (21) aus einer, insbesondere mikrofluidischen, Kammer (20), wobei die Kammer (20) eine Wand (30) mit einer Öffnung (40) aufweist und wobei die Öffnung (40) mit einem für vorgegebene Substanzen undurchlässigen, entfernbaremVerschlussmittel (50) verschlossen ist, umfassend:
a. Lösung (501), insbesondere durch Erwärmung des Verschlussmittels (50), zumindest eines Teils des Verschlussmittels (50) aus der Öffnung (40).

b. Auslenkung (502) eines ersten Abschnitts (61) einer an einer Außenseite der Wand (30) anliegenden und die Öffnung (40) überdeckenden Membran (60), insbesondere in einen ersten Aufnahmebereich (91), um einen Fluidkanal (70), welcher sich zumindest teilweise zwischen der Außenseite der Wand (30) und der Membran (60) erstreckt, mit der Öffnung (40) fluidisch zu verbinden.

c. Entnahme (503) zumindest eines Teils des in der Kammer (20) aufgenommenen Fluids (21) über die Öffnung (40) und den Fluidkanal (70).
Verfahren nach Anspruch 11, wobei vor der Auslenkung (502) des ersten Abschnitts der Membran (60) eine Auslenkung (5011) eines zweiten Abschnitts (62) der Membran (60) in einen an die der Öffnung (40) abgewandten Seite der Membran (60) angrenzenden zweiten Aufnahmebereich (92) erfolgt, um den gelösten Teil des Verschlussmittels (50) gemeinsam mit dem zweiten Abschnitt (62) der Membran (60) in den zweiten Aufnahmebereich (92) aufzunehmen.
Herstellverfahren für eine, insbesondere mikrofluidische, Einrichtung (10) mit einer Kammer (20) zur Aufnahme eines Fluids (21), umfassend
a. Verbinden eines ersten Substrats (15), welches die Kammer (20) zur Aufnahme des Fluids (21) mit einer Öffnung (40) aufweist, mit einer Membran (60), so dass die Membran (60) an einer ersten Seite des Substrats (15) anliegt und die Öffnung (40) überdeckt.

b. Verbinden der Membran (60) mit einer Schicht (80) über die der Öffnung (40) abgewandten Seite der Membran (60), wobei die Schicht (80) einen Aufnahmebereich (91, 92) zur Aufnahme eines auslenkenden Abschnitts (61, 62) der Membran (60) für eine fluidische Verbindung der Öffnung (40) mit einem Fluidkanal (70) als Ausnehmung aufweist.

c. Verschließen der Öffnung (40) mittels eines über eine zumindest teilweise offene zweite Seite (16) des Substrats (15) in die Kammer (20) eingeführten Dispensers (300) mit einem Verschlussmittel (50).

d. Versiegeln der zumindest teilweise offenen zweite Seite (16) des Substrats (15) mit einer Siegelfolie (17).