EP3774043A1 - Mikrofluidische vorrichtung und verfahren zum prozessieren einer flüssigkeit - Google Patents

Mikrofluidische vorrichtung und verfahren zum prozessieren einer flüssigkeit

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Publication number
EP3774043A1
EP3774043A1 EP19714149.2A EP19714149A EP3774043A1 EP 3774043 A1 EP3774043 A1 EP 3774043A1 EP 19714149 A EP19714149 A EP 19714149A EP 3774043 A1 EP3774043 A1 EP 3774043A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pneumatic
pressure
fluidic
cavity
channel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19714149.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Julian Kassel
Christian Dorrer
Daniel Czurratis
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3774043A1 publication Critical patent/EP3774043A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/50273—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the means or forces applied to move the fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0475—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
    • B01L2400/0481—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure squeezing of channels or chambers

Definitions

  • the invention is based on a device or a method according to the preamble of the independent claims.
  • the flow conditions of the liquid to be processed may be important.
  • the microfluidic device may be shaped to allow the formation of a certain flow ratio
  • DE 9463460 describes various geometric embodiments of a microchannel of a microfluidic device, the formation of a turbulent flow from initially two laminar flows in
  • Processing a liquid can favor.
  • a liquid can advantageously be processed by means of pneumatic pressure, for example forwarded or mixed.
  • a microfluidic device for this purpose comprises a flexible membrane, which can be set into a swinging motion by means of pneumatic actuation. By swinging the membrane liquid can be moved and it can be defined turbulent flow conditions of
  • Processing several liquids can be used for example for mixing the liquids.
  • a targeted adjustment of flow conditions of the liquids to be processed is advantageous. Setting the
  • Microfluidic device and a corresponding method can be widely used and combined.
  • an air bubble formation in the liquid to be processed can be advantageously minimized by a targeted adjustment of local and temporally limited turbulent flow conditions of the process to be processed
  • Liquid by means of the flexible membrane can advantageously take place within a cavity, which allows a compact construction.
  • the processing of the liquid with targeted setting of laminar and turbulent flows in the same microfluidic cavity may also be advantageous, for example, from a liquid patient sample, e.g. Blood, certain
  • a microfluidic device for processing at least one liquid has at least one pneumatic substrate, a fluidic substrate, a flexible membrane and a first and a second pneumatic channel.
  • the pneumatic substrate comprises a pneumatic cavity.
  • the fluidic substrate comprises a fluidic cavity for
  • the fluidic cavity is arranged opposite the pneumatic cavity.
  • the flexible membrane is between the
  • the flexible membrane is adapted to at least partially in the Fluidikkavtician extending fluidic space and at least partially in the
  • the first pneumatic channel is designed to apply a first pneumatic pressure to the pneumatic space and the second pneumatic channel is designed to apply a second pneumatic pressure to the pneumatic space.
  • the microfluidic device can be, for example, a device for a chip laboratory, also called a lab-on-a-chip system.
  • a chip laboratory can be understood as meaning a microfluidic system in which all the functionality of a macroscopic laboratory can be accommodated on a plastic credit card-sized substrate, the chip board cartridge, for example, and in which complex biological, diagnostic, chemical or physical processes can be miniaturized.
  • a liquid can be provided or transported on a chip.
  • the liquid to be processed can be understood, for example, to mean a liquid reagent, for example a salt-containing, ethanol-containing or aqueous solution, or a detergent or dry reagent, such as lyophilizate or salt.
  • the microfluidic device comprises a pneumatic substrate and a fluidic substrate.
  • the microfluidic device may have a polymeric multilayer structure consisting of at least two
  • the flexible membrane may be a polymeric membrane, for example a thermoplastic elastomer.
  • the flexible membrane may be configured to vibrate or vibrate in response to the application of a pneumatic pressure to process the liquid.
  • turbulent flow conditions can advantageously be generated in the fluid in the opposite fluidic space.
  • the first or second pneumatic pressure applied via the first or the second pneumatic duct may be a pressure that can be generated by means of a pneumatic pressure medium, for example compressed air or nitrogen.
  • the first and second pneumatic pressures may be the same or different pressure levels.
  • a defined pressure difference can be generated to cause the flexible membrane to process the fluid in a vibrating or vibrating motion.
  • the first pneumatic channel and / or the second pneumatic channel can open into the pneumatic cavity according to one embodiment.
  • the first and second pneumatic pressures may thus be particularly effectively applied, for example, by introducing a fluid pressure medium into the pneumatic cavity to vibrate the diaphragm.
  • the first pneumatic duct and / or the second pneumatic duct can be guided through a ceiling of the pneumatic cavity opposite the membrane.
  • the pneumatic cavity may have a polymeric cover layer as the cover, for example the cover may also be part of the pneumatic substrate.
  • the blanket may be shaped to microfluidically close the pneumatic cavity on the side opposite the membrane. Corresponding channels are very easy to produce.
  • the first pneumatic duct and / or the second pneumatic duct can be guided through a ceiling of the pneumatic cavity opposite the membrane.
  • the pneumatic cavity may have a polymeric cover layer as the cover, for example the cover may also be part of the pneumatic substrate.
  • the blanket may be shaped to microfluidically close the pneumatic cavity on the side opposite the membrane. Corresponding channels are very easy to produce.
  • the first pneumatic duct and / or the second pneumatic duct can be guided through a ceiling of the pneumatic cavity opposite the membrane.
  • the pneumatic cavity may have a polymeric cover layer as the cover,
  • the second pneumatic channel can open centrally into the pneumatic cavity.
  • the second pneumatic channel may for example be arranged centrally on the side of the pneumatic cavity opposite the membrane and guided through the ceiling of the pneumatic cavity. This arrangement of the second pneumatic channel can, for example, for a specific deflection of the flexible membrane by generating a
  • Pressure difference between the first and the second pneumatic channel be advantageous.
  • the first and / or the second pneumatic channel can according to a
  • Embodiment have a cross-sectional area of less than 0.5 mm 2 .
  • the oscillation of the flexible membrane can be achieved particularly effectively if one of the first and / or the second
  • Pneumatic channel inflowing pneumatic pressure medium such as compressed air flows through the corresponding cross-sectional area as from a nozzle in the pneumatic chamber.
  • Oscillations of the liquid by the oscillation of the flexible membrane can thereby be promoted, which can be advantageous for the processing of liquids, for example for mixing.
  • the microfluidic device may further comprise a fluidic capillary for introducing the or at least one further fluid into the fluidic space.
  • the fluid capillary can open into the fluidic chamber.
  • the fluid capillary can, for example, open into the fluidic space at a shallow angle or parallel to the flexible membrane.
  • the fluidic capillary can also be used, for example, for discharging the fluid from the fluidic chamber, or the fluidic chamber can have a different outlet opening.
  • the pneumatic capillary can be shaped to introduce pressure along the membrane into the pneumatic space.
  • pneumatic capillary can open into the pneumatic space parallel to the flexible membrane at a shallow angle.
  • the pneumatic capillary can, for example, have a cavity for this purpose.
  • the pneumatic capillary can be guided, for example, through the pneumatic substrate or through the fluidic substrate.
  • the first pneumatic channel may, for example, also have an opening for introducing the pressure, for example in the form of a fluid pressure medium, the opening being arranged on the side of the pneumatic substrate opposite the membrane.
  • the pressure in the form of a fluid pressure medium can be introduced along the membrane into the pneumatic space, for example in the form of compressed air or nitrogen as the pressure medium.
  • the fluidic substrate may have a recess opening into the fluidic cavity.
  • the membrane can be deflected into the recess in order to form a pneumatic capillary as a variable region arranged between the pneumatic substrate and the membrane.
  • the pneumatic capillary can thus be designed as a region in which the flexible membrane is not connected to the pneumatic substrate and can be deflected away from it.
  • oscillations can be promoted by the restoring force of the deflected membrane.
  • the fluidic capillary can open into the recess, wherein the membrane is the first pneumatic channel fluidly separated from the fluidic capillary. It is advantageous if the recess opens into the fluidic cavity, since the area of the recess not used as a pneumatic capillary can also be used as a fluid-conducting channel in accordance with this embodiment.
  • the membrane can the
  • liquid-conducting portion of the recess of the pneumatic capillary forming portion of the recess separate, allowing a compact design.
  • the microfluidic device may further comprise a pressure device according to one embodiment.
  • the printing device can with the first
  • Pressure device may be configured to apply the first pneumatic pressure to the first pneumatic channel and the second pneumatic pressure to the second pneumatic channel.
  • a pneumatic pressure can be applied, for example by means of the reading in of a fluid as a pressure medium, for example compressed air or nitrogen.
  • the first pneumatic pressure can be applied to the first pneumatic channel, which can for example have a certain pressure level, which represents, for example, a negative pressure or an overpressure with respect to the pressure in the fluid cavity.
  • the second pneumatic pressure may correspond to the first pneumatic pressure in the pressure level, or may have a different pressure level, for creating a pressure differential in the pneumatic chamber, which advantageously allows a particularly fast and efficient processing of the fluid.
  • the pressure device may comprise at least one pump.
  • the pressure device may be configured to apply a first depression with respect to the pressure in the fluidic cavity as the first pneumatic pressure to the first pneumatic channel and a second depression with respect to the pressure in the fluidic cavity to the second pneumatic channel as the apply second pneumatic pressure.
  • the second suppression may have a different pressure level than the first suppression in order to oscillate through the first and second suppression in Direction of the pneumatic cavity to effect curved membrane. If, for example, the second pneumatic pressure at the second pneumatic channel has a higher pressure level than the first pneumatic pressure at the first pneumatic channel, the fluid pressure can be increased by the resulting pressure difference
  • pressure means may be adapted to apply a depression with respect to the pressure in the pneumatic cavity as the first pneumatic pressure to the first pneumatic channel and / or a depression with respect to the pressure in the pneumatic cavity as the second pneumatic pressure to be applied to the second pneumatic channel.
  • the corresponding liquid can be drawn, for example, from an adjacent fluidic cavity into the fluidic space, for example in order to mix the liquid with another liquid.
  • the membrane is adapted to fluidly separate from each other a fluidic space extending at least partially into a fluidic cavity and a pneumatic space extending at least partially into a pneumatic cavity.
  • the method includes at least one step of applying a first pneumatic pressure to the pneumatic space and a step of applying a second pneumatic pressure to the pneumatic space
  • the second pneumatic pressure may differ from the first pneumatic pressure to cause vibration of the flexible membrane to process the at least one liquid. This is advantageous in order to be able to influence flow conditions of the at least one liquid to be processed by influencing a movement of the membrane, for example a vibration or vibration of the membrane.
  • laminar and turbulent flows can thus be adjusted in a targeted manner, for example in a targeted manner in time, in a stationary manner and with a defined flow
  • Intensity by means of adjusting the pressure difference.
  • the mixing of two liquids can be particularly efficient, especially the mixing of difficult-to-mix liquids such as liquids of different polarity or high viscosity.
  • the method may further include, according to one embodiment, a step of applying a negative pressure with respect to the pressure in the pneumatic cavity as the first pneumatic pressure to the pneumatic space.
  • a depression with respect to the pressure in the pneumatic cavity may be applied as the second pneumatic pressure to the pneumatic space to cause an enlargement of the fluidic space by at least one of a bulge of the flexible membrane into the pneumatic cavity Introduce liquid in the fluidic space.
  • a liquid can be introduced into the fluidic space in a particularly fast and efficient manner, for example in order to mix the introduced liquid in the fluidic chamber with a further liquid or an upstream dry reagent.
  • an overpressure may also be applied as first and / or second pneumatic pressure. This is for example, advantageous if the liquid is a particularly small
  • the liquid can also be foamed in this case by the vibration of the membrane. This can be advantageous, for example, for diffusion-driven processes or bonding mechanisms, if maximizing the surface of the liquid for processing the liquid is expedient.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a microfluidic device for processing a liquid according to an embodiment
  • FIG. 2a to 2e a schematic representation of a microfluidic device for processing a liquid according to an embodiment
  • 3a to 3d a schematic representation of a microfluidic device for processing a liquid according to an embodiment
  • FIG. 4a to 4d a schematic representation of a microfluidic device for processing a liquid according to an embodiment
  • 5a to 5c a schematic representation of a microfluidic device for processing a liquid according to an embodiment
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a microfluidic device for processing a liquid according to an embodiment
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a microfluidic device for processing a liquid according to an embodiment
  • FIG. 8 shows a schematic illustration of a microfluidic device for processing a liquid according to an exemplary embodiment
  • 9 shows a schematic representation of a microfluidic device for processing a liquid according to an embodiment
  • FIG. 10 is a schematic representation of a microfluidic device for processing a liquid according to an embodiment.
  • FIG. 11 is a flowchart of a method for processing a liquid disposed in a fluidic space using a flexible membrane according to an embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a microfluidic device 100 for processing a liquid 105 according to one exemplary embodiment. Shown is a cross-sectional view of the microfluidic device 100.
  • the microfluidic device 100 includes a pneumatic substrate 110 having a pneumatic cavity 115 and a fluidic substrate 120 having a fluidic cavity 125 for receiving the fluid 105.
  • the fluidic cavity 125 is the
  • the microfluidic device 100 comprises a flexible membrane 130, which is arranged between the pneumatic substrate 110 and the fluidic substrate 120.
  • the flexible membrane 130 is designed to fluidically separate from one another at least partially into the Fluidikkavtician 125 extending fluidic chamber 135 and at least partially in the pneumatic cavity 115 extending pneumatic chamber 140.
  • the flexible membrane 130 is shown in a relaxed state, in which the flexible membrane 130 is arranged centrally between the fluidic cavity 125 and the pneumatic cavity 115.
  • the microfluidic device 100 comprises a first pneumatic channel 145 for applying a first pneumatic pressure to the pneumatic chamber 140 and a second pneumatic channel 150 for applying a second pneumatic channel
  • the microfluidic device 100 optionally comprises a pressure device 155, which is connected to the first
  • the pressure device 155 is designed to apply the first pneumatic pressure to the first pneumatic passage 145 and the second pneumatic pressure to the second pneumatic passage 150.
  • the flexible diaphragm 130 may be caused to vibrate or vibrate by applying a defined pressure differential across the first pneumatic passage 145 and the second pneumatic passage 150, for example, by applying a first pneumatic pressure and a second pneumatic pressure different from the first pneumatic pressure. By means of pneumatic actuation so can the flexible membrane 130 via a deflection
  • Fluidic space experienced 135 turbulent flow conditions.
  • laminar or turbulent flows can be adjusted in a targeted manner in terms of time, stationarily and with a defined intensity.
  • this allows a great flexibility of the microfluidic device 100, in particular because the defined setting of turbulent flows, turbulences or
  • Pressure differences can be controlled.
  • the controlled setting of flow ratios of liquids 105 allows different binding conditions between capture and binding molecules in temporal, spatial and intensity-dependent form. As a result, for example, an efficient mixing of liquids 105 can be made possible.
  • the mixing of the liquids 105 advantageously requires no pumping back and forth between different cavities, but may in a single cavity, the
  • Fluidic cavity 125 take place. This leads to an areal saving on the microfluidic device 100 and can, in particular with very difficult to mix liquids 105, eg liquids 105 with high viscosity, with different polarity or only partial miscibility or for the dissolution of dry reagents in aqueous solutions advantageously the efficiency of Increase mixing.
  • the mixing of the liquid 105 can thereby be
  • the pneumatic cavity 115 has, according to the embodiment shown here on a membrane 130 opposite ceiling 160.
  • Pneumatic channel 145 and the second pneumatic channel 150 are guided through the ceiling 160 in the pneumatic cavity 115 and open at each other
  • the microfluidic device 100 comprises a fluidic capillary 165 for introducing the liquid 105 into the fluidic space 135.
  • the microfluidic device 100 can be used, for example, in conjunction with a medical diagnostic system, or with a chip laboratory, a so-called lab-on-chip.
  • the microfluidic device 100 may comprise a multilayer structure of the pneumatic substrate 110, the fluidic substrate 120 and the flexible membrane 130, the membrane 130 fluidly separating the pneumatic cavity 115 and the fluidic cavity 125.
  • the basic function of the microfluidic device 100 of the microfluidic control can be provided.
  • the pneumatic substrate 110 and the fluidic substrate 120 may be polymeric substrates and may be made of plastics, such as thermoplastic, e.g. made of PC, PA, PS, PP, PE,
  • the multi-layer structure may also include glass.
  • the freely movable membrane 130 integrated between the pneumatic substrate 110 and the fluidic substrate 120 may be, for example, an elastomer, for example, a thermoplastic elastomer of TPU or TPS, or the membrane 130 may be made of hot-melt adhesive sheets.
  • the membrane 130 may comprise a barrier film or a sealing film, for example a commercially available polymer composite film of polymeric sealing and sealing film
  • Protective layers eg of PE, PP, PA or PET, and a barrier layer, eg of vapor-deposited aluminum or other high-barrier layers such as EVOH, BOPP, or an aluminum composite foil with multilayer sealing layers of polymers such as PP, PE, acrylic adhesive or polyurethane adhesive.
  • a barrier layer eg of vapor-deposited aluminum or other high-barrier layers such as EVOH, BOPP, or an aluminum composite foil with multilayer sealing layers of polymers such as PP, PE, acrylic adhesive or polyurethane adhesive.
  • Joining processes for this multilayer structure of the microfluidic device 100 are suitable for laser transmission welding, ultrasonic welding, thermal bonding, gluing, clamping or similar processes. In addition, you can
  • the pneumatic cavity 115 and the fluidic cavity 125 have a coating, e.g. with Al, Al 2 O 3 or SiC> 2.
  • a negative pressure in the pneumatic plane of the pneumatic cavity 115 and the pneumatic chamber 140 by means of the pressure device 155, the flexible membrane 130 can be deflected and draw in fluids 105.
  • the multilayer structure of the microfluidic device 100 which comprises at least the pneumatic substrate 110, the fluidic substrate 120 and the flexible membrane 130, may for example have a thickness of 0.5 to 5 mm.
  • the membrane 130 may have as a polymer membrane, for example, a thickness of 5 to 300 pm.
  • the membrane 130 may be e.g. have a thickness of 50 pm to 2 mm.
  • the first pneumatic channel 145 and / or the second pneumatic channel 150 can according to a
  • Embodiment have a cross-sectional area of less than 0.5 mm 2 .
  • Pneumatic channel 150 applied first and second pneumatic pressure can be generated in the pneumatic plane of the pneumatic cavity 115 and the pneumatic chamber 140, for example, a pressure difference of 0.1 to 5 bar.
  • FIGS. 2 a to 2 e each show a schematic representation of FIG
  • Microfluidic device 100 for processing a liquid 105 according to an embodiment.
  • an efficient mixing of liquids 105 is shown by a targeted generation of turbulent flows in the liquids 105, which by means of a
  • FIGS. 2a, 2b, 2c and 2e each show a cross-sectional view of the microfluidic device 100, wherein a different situation for processing the fluid 105 is shown by way of example.
  • FIG. 2 d flow conditions of the microfluidic device 100 are shown by way of example taken up liquid 105 shown in a plan view of the situation of the processing of the liquid 105 shown in Figure 2c.
  • FIG. 2 a shows the microfluidic device 100.
  • the liquid 105 is located in the fluidic space 135 of the fluidic cavity 125
  • liquid reagent for example a saline or ethanol-containing or aqueous solution, or a patient sample, for example blood.
  • the liquid 105 may, for example, by the
  • Fluidic capillary 165 may be introduced into the fluidic space 135 or.
  • the fluidic space 135 is filled by the liquid 105 only about halfway. In the situation shown here, the membrane 130 has no through one
  • Fluidic space 135, which are separated by the membrane 130, are almost equal.
  • FIG. 2b shows a further situation of processing the liquid 105 of the microfluidic device 100.
  • a further liquid 205 is introduced here via the fluidic capillary 165 into the fluidic chamber.
  • the drawing in of the liquid 205 is accomplished by applying a negative pressure in the pneumatic chamber 140 with respect to the pressure in the fluidic chamber 135 as a first pneumatic pressure on the first pneumatic channel 145.
  • pneumatic pressure can be applied to apply a negative pressure in the pneumatic chamber 140 with respect to the pressure in the fluidic chamber 135 as a first pneumatic pressure on the first pneumatic channel 145.
  • a fluid pressure medium into the pneumatic chamber 140 are introduced.
  • the negative pressure can also be applied as a second pneumatic pressure on the second pneumatic channel 150.
  • Liquid volume of the liquid 205 from an adjacent cavity may, depending on
  • Fig. 2c shows the mixing of the liquids 105 and 205 as a situation of processing in the microfluidic device 100.
  • a negative pressure with respect to the pressure prevailing in the fluidic chamber 135 is applied as a second pneumatic pressure.
  • the second pneumatic pressure has a higher pressure level than the first pneumatic pressure.
  • the first pneumatic pressure is also lower than the pressure prevailing in the fluidic chamber 135 pressure. Due to the resulting pressure difference between the pneumatic channels 145, 150 flows the pressure medium,
  • the pneumatic pressure along the flexible membrane 130 from the second pneumatic channel 150 into the first pneumatic channel 145 For example, air or nitrogen, the pneumatic pressure along the flexible membrane 130 from the second pneumatic channel 150 into the first pneumatic channel 145.
  • This causes the flexible membrane 130 is set in motion and begins to vibrate or vibrate depending on the applied pressure difference. This is shown here by the undulating deflections of the domed membrane 130.
  • the negative pressure in the pneumatic chamber 140 and the pneumatic cavity 115 remain relative to the fluidic chamber 135 and the fluidic cavity 125, in which ambient pressure prevails, so that the flexible diaphragm 130 continues to be deflected into the pneumatic cavity 115.
  • Fluidic space 135 is thereby increased and expands into the pneumatic cavity 115, while the pneumatic space 140 is reduced by the deflection of the diaphragm 130.
  • the pressure differential to vibrate the diaphragm 130 may also be created by applying a pneumatic pressure at a lower pressure level to the second pneumatic passage 150 than the pressure level at the first
  • Pneumatikkanal 145 applied first pneumatic pressure.
  • Pressure medium flows in this case in the opposite direction via the flexible membrane 130th
  • FIG. 2d shows flow conditions of the liquid 205 by way of example
  • Liquids 105, 205 take place, the result of the mixing is shown in the following Figure 2e.
  • turbulence effects 205 can also be formed from the turbulent flows
  • Fig. 2e shows the result of processing the liquid in the
  • Microfluidic device 100 Shown is a mixed fluid 207 in the fluidic chamber 135.
  • the fluid 207 is the result of the mixing of the two fluids in the preceding FIGS. 2b to 2d in FIG.
  • Microfluidic device 100 The diaphragm 130 is curved in the embodiment shown here by the negative pressure in the pneumatic chamber 140 and partially reaches the ceiling 160 of the pneumatic cavity 115, so that the fluidic chamber 135 with the liquid 207 expands into the pneumatic cavity 115 and the pneumatic chamber 140 displaced into the upper corner regions of the pneumatic cavity 115.
  • Figures 3a to 3d show a schematic representation of a
  • Microfluidic device 100 for processing a liquid 105 according to an embodiment. Shown is ever a situation of the efficient
  • the situations are each shown in a cross-sectional view of the microfluidic device 100.
  • FIG. 3a shows the microfluidic device 100, with an upstream bead as dry reagent 305 in the fluidic chamber 135.
  • the dry reagent 305 is fixed by the flexible membrane 130, even without the application of compressed air as a pressure medium of pneumatic pressure or a negative pressure in the pneumatic space 140.
  • the microfluidic device 100 is shown in FIG.
  • Embodiment used for efficient dissolution of the dry reagent 305 here the initial situation is shown even before the start of the processing of the liquid.
  • FIG. 3b shows a further situation of processing the liquid 105. It is shown that the liquid 105 flows through the fluidic capillary 165 into the liquid
  • Fluidic 135 is retracted, and there with the dissolving
  • Dry Reagent 305 begins to mix.
  • Negative pressure in the pneumatic chamber 140 with respect to the pressure in the fluidic chamber as first and second pneumatic pressure to the first pneumatic channel 145 and to the second pneumatic channel 150 in the form of applying compressed air deflects the flexible membrane 130 and draws the liquid 105 in the form of liquid reagent from an adjacent cavity.
  • the dry reagent 305 begins to dissolve at least at the surface.
  • FIG. 3 c shows the mixing of the liquid 105 with the dry reagent 305 in a further processing phase in the microfluidic device 100.
  • the flexible membrane 130 is created by creating a pressure difference vibrated between the first pneumatic channel 145 and the second pneumatic channel 150. This leads to an efficient and accelerated dissolution and mixing of the dry reagent 305 in the liquid 105, corresponding to the original form of the
  • Dry reagent no longer recognizable.
  • the dry reagent 305 dissolves and further mixes with the liquid 105.
  • Fig. 3d shows the result of processing the liquid in the
  • Microfluidic device 100 The dry reagent in the form of the bead has dissolved by means of the vibration of the membrane 130 and with the
  • the defined combination of turbulent and laminar flow conditions by the pneumatic actuation of the membrane 130, in the same cavity, fluidic chamber 135, mixing, enrichment and separation processes of liquids, dry reagents, magnetic beads, circulating tumor cells and patient samples in a single microfluidic cavity, the fluidic space 135 perform.
  • Figures 4a to 4d show a schematic representation of a
  • Microfluidic device 100 for processing a liquid 105 according to an embodiment.
  • a situation of processing the liquid 105 here showing the temporary reduction of gas bubble formation in the liquid 105 due to thermal energy input by turbulent flows through differential negative pressure in processing the liquid 105.
  • the thermal energy input reduces the gas solubility of the air trapped in the liquid volume of the liquid 105, forming individual larger air bubbles. These can be redissolved or minimized by timed adjustment of the turbulent flow, including, for example, during a polymerase chain reaction. This is shown by way of example in the following FIGS. 4a to 4d.
  • FIG. 4 a shows the starting situation of the processing of the liquid 105 in the microfluidic device 100 before the local heating of the liquid 105.
  • the liquid 105 is located in the fluidic space 135, the flexible membrane 130 is curved in the direction of the pneumatic cavity 115.
  • FIG. 4b shows a bubble formation 405 in the liquid 105 by a local heating 410 of a liquid plug, that is to say a specific one
  • Liquid volume of the liquid such as the liquid volume of the liquid 105 located here in the fluidic space 135.
  • the local heating 410 of a liquid plug decreases the Gas solubility of the liquid 105, which is reflected in a bubbling 405 in the fluidic 135 space.
  • These gas bubbles which form during bubble formation 405 can be used during the processing of the liquid 105
  • the microfluidic device 100 By using the microfluidic device 100, the microfluidic device 100, the microfluidic device 100, the microfluidic device 100, the microfluidic device 100, the microfluidic device 100, the microfluidic device 100, the
  • Blistering 405 can be advantageously avoided or reduced as shown in the following two Figures 4c and 4d.
  • FIG. 4c shows by way of example how gas bubbles produced during the processing of a liquid 105 by the local heating 410 can be avoided or reduced using the microfluidic device 100 according to one exemplary embodiment.
  • the controlled setting of a turbulent flow in the liquid 105, especially larger bubbles can be reduced again and significantly reduced.
  • the adjustment of the turbulent flows in the liquid 105 is made by adjusting the swing of the flexible membrane 130.
  • the swing of the diaphragm 130 can be adjusted by a pressure difference between the first pneumatic passage 145 and the second pneumatic passage 150 in the pneumatic space, by the flow of a fluid Pressure medium from the first pneumatic channel 145 via the flexible membrane 130 to the second pneumatic channel 150 as an effect of
  • FIG. 4d shows the result of processing the liquid 105 in the microfluidic device 100.
  • the membrane 130 no longer has any vibration, it is deflected in the direction of the pneumatic cavity 115, and despite the local Beauchens 410 are present in the liquid 105 hardly large gas bubbles, as shown by way of example in Figure 4b. Reducing or avoiding blistering provides tremendous benefits in the subsequent reading of a diagnostic procedure for which fluid 105 is being processed.
  • the cause of air bubbles in microfluidic systems, such as the microfluidic device 100 can also be trapped air in
  • Figures 5a to 5c show a schematic representation of a
  • Microfluidic device 100 for processing a liquid 105 according to an embodiment.
  • the cross sections of the microfluidic device 100 each show a processing situation.
  • the liquid 105 is foamed here during processing.
  • Liquid volume is effected by a stress of the flexible membrane 130 with a differential overpressure, ie by means of a swinging of the membrane 130 by pneumatic actuation.
  • the foaming of the liquid 105 can be done to minimize the formation of air bubbles by adjusting turbulent flows in that larger bubbles are foamed and thus trapped air better in the liquid volume of
  • Liquid 105 dissolves, which may be advantageous in connection with the subsequent processing of the liquid 105 binding mechanisms or subsequent readings or detections. Furthermore, the foaming of the liquid 105 can take place in order to force foaming by the controlled setting of flow ratios of the liquid 105 with a small volume of liquid with simultaneously high gas or air content, in order to maximize the surface area of the liquid 105 to be processed. This offers advantages for diffusion-driven processes or is advantageous for
  • Binding mechanisms if only the smallest sample volumes of the liquid 105 are available, which can not be further diluted due to low concentrations of the binding molecules to be detected. In the following FIGS. 5a to 5c, such foaming of the liquid 105 is shown by way of example.
  • FIG. 5a shows the liquid 105 with a small volume of liquid in the fluidic space 135 of the microfluidic device 100.
  • the liquid volume of the liquid 105 has a comparatively high proportion of gas or air. Shown is the initial situation of processing the liquid 105 before Foaming.
  • the diaphragm 130 is deflected in the direction of the fluidic cavity 120 by an overpressure in the pneumatic chamber 140 with respect to the pressure in the fluidic chamber 135.
  • the overpressure in the pneumatic chamber 140 can be increased by applying the overpressure as the first pneumatic pressure on the first pneumatic channel 145 and / or second pneumatic pressure on the second pneumatic channel 150 are generated.
  • Fig. 5b shows the foaming of the liquid 105 by stressing the flexible membrane 130 by means of overpressure in the pneumatic chamber 140 with respect to the pressure in the fluidic chamber 135.
  • FIG. 5 c shows a further processing phase of the foaming of the liquid 105.
  • a negative pressure is applied.
  • a negative pressure is applied to the first pneumatic channel 145 with respect to the pressure in the fluidic chamber 135 as the first pneumatic pressure.
  • a negative pressure can be applied to the second pneumatic passage 150, whereby a uniform deflection of the diaphragm 130 in the direction of the pneumatic cavity 115 can be achieved, as shown here. Due to the applied negative pressure and the deflection of the membrane 130, the foam 505 of the liquid 105 can continue to propagate in the fluidic space 135 and is ready for further microfluidic processing.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a microfluidic device 100 for processing a liquid according to one exemplary embodiment. Shown is the pneumatic substrate 110 with the pneumatic cavity 115 and the fluidic substrate 120 with the Fluidikkavtician 125, and the flexible membrane 130 in a cross-sectional view of the microfluidic device 100.
  • the fluidic space may correspond to the Fluidikkavtician 125 and the pneumatic space of the pneumatic cavity 115.
  • inlet and outlet fluid ducts for
  • Fluidic cavity 125 may be equipped with a feeding channel and a discharge channel for filling.
  • the second pneumatic channel 150 is guided through the pneumatic substrate 110 and opens centrally on the side opposite the diaphragm 130 in the pneumatic cavity 115th
  • the first pneumatic channel 145 comprises according to the one shown here
  • a pneumatic capillary 605 is formed to pressure along the membrane 130 in the pneumatic space
  • the pneumatic capillary 605 is accordingly guided in the same plane or parallel to the plane of the membrane 130 or at least at a very shallow angle to the membrane 130.
  • the membrane 130 forms a bottom of the pneumatic capillary 605.
  • the pneumatic capillary 605 may be formed as a groove in the pneumatic substrate 110.
  • the pneumatic capillary 605 is designed as a section of the first pneumatic channel 145, which opens into the pneumatic cavity 115.
  • Pneumatic channel 150 may alternatively include a corresponding pneumatic capillary 605.
  • the cross-sectional area of the first pneumatic channel 145 and / or of the second pneumatic channel 150 is less than 0.5 mm 2 according to one exemplary embodiment.
  • the oscillation of the flexible membrane 130 can be achieved particularly effectively when the flow of a fluid pressure medium, For example, compressed air which can be introduced through the first pneumatic channel 145 and / or the second pneumatic channel 150 into the pneumatic space of the pneumatic cavity 115, takes place through the pneumatic capillary 605 with a small cross-section, for example with a cross-sectional area not greater than 0.5 mm 2 , for example 0.2 mm 2 .
  • the compressed air occurs in this case as from a nozzle in the
  • Oscillations are favored.
  • the swinging of the flexible membrane 130 can be achieved particularly effectively when the pneumatic capillary 605 opens into the pneumatic cavity 115 near the plane of the flexible membrane 130, so that the air enters the pneumatic cavity 115 at a flat angle or parallel to the flexible membrane 130, as shown here.
  • FIG. 7 shows a schematic illustration of a microfluidic device 100 for processing a liquid according to one exemplary embodiment.
  • the embodiment shown here corresponds to the embodiment shown in the preceding Figure 6 except the formation of the
  • Pneumatic capillary for fluidically connecting the first pneumatic channel 145 with the pneumatic cavity 115.
  • the pneumatic capillary is by a deflection of the diaphragm 130 in a
  • Recess 705 in the fluidic substrate 120 ausformbar may be a cavity, in particular a groove.
  • the pneumatic capillary is formed according to the embodiment shown here only when the
  • Membrane 130 is deflected into the recess 705.
  • the pneumatic capillary is thus formed as a variable area in which the flexible membrane 130 is not connected to the pneumatic substrate 110 and of the
  • Pneumatic substrate 110 can be deflected out of the recess 705 in the fluidic 120. This can be done, for example, by creating a
  • Pneumatic capillary is not formed. This situation occurs, for example, if the same pressure as or a lower pressure prevails in the pneumatic channels 145, 150 than in the fluidic cavity 125. In the situation shown below in FIG. 8, the flexible membrane 130 is inserted into the recess 705, So the cavity or the groove deflected and the pneumatic capillary is formed. This situation can be achieved by contacting the
  • Pneumatic channels 145, 150 a higher pressure than at the Fluidikkavtician 125 is applied.
  • the recess 705 in the fluidic substrate 120 may be identical to an inlet or outlet channel for filling the fluidic cavity 125. This means that the flexible membrane 130 can be deflected into the fluid-carrying channel when an excess pressure prevails on the first pneumatic channel 145. By the possible formation of the pneumatic capillary shown here, the oscillation of the flexible membrane 130 can be achieved particularly effectively.
  • the recess 705 extends according to an embodiment of a first pneumatic channel 145 opposite region of the
  • Fluidic substrate 120 up to the fluidic cavity 125 According to a
  • a region of the recess 705 located on the side of the fluidic substrate 120 with respect to the membrane 130 is fluidically through the membrane 130 from a region of the recess 705 located on the side of the pneumatic substrate 110 with respect to the membrane 130 and thus from the first Pneumatic channel 145 separated.
  • FIG. 8 shows a schematic representation of that shown in FIG.
  • Microfluidic device 100 for processing a liquid according to an embodiment.
  • the bulge of the flexible membrane 130 is shown in the recess 705 in the fluidic substrate 120, whereby a pneumatic capillary 605 is formed.
  • a pneumatic capillary 605 is formed.
  • a pressure p0 e.g. Atmospheric pressure
  • this situation can be achieved, for example, by applying to the first pneumatic channel 145 an overpressure pl> p0.
  • a second pressure p2 ⁇ pl is applied to the second pneumatic channel 150. This has the advantage that an air flow from the first pneumatic channel 145 through the pneumatic capillary 605 in the
  • the deflection of the diaphragm 130 may include vibration of the diaphragm 130 by applying the first pneumatic pressure to the first pneumatic passage 145. Due to the restoring force of the diaphragm 130, oscillations can be promoted in this way.
  • the pressure conditions can also be dimensioned so that the flexible membrane 130 in the course of
  • a pressure medium can be introduced into the pneumatic space 140 via the first pneumatic channel 145.
  • the pressure p2 can also be less than PO, which essentially corresponds to the application of vacuum to the second pneumatic passage 150.
  • FIG. 9 shows a schematic illustration of a microfluidic device 100 for processing a liquid according to an exemplary embodiment. Shown is another situation of the embodiment shown in the preceding Figure 8.
  • the application of the first pneumatic pressure to the first pneumatic channel 145 can be achieved by reading in a fluid
  • Pressure medium such as compressed air
  • the air flow of the compressed air can be adjusted so that, as shown here, each discrete
  • Air volume or bubbles 905 at or below the flexible membrane 130 form. These air volumes or air bubbles 905 may then be suddenly, e.g. at a frequency between 1 and 20 Hz, towards the chamber consisting of the pneumatic cavity 115 and the fluidic cavity 125, so that the flexible membrane 130 in the chamber is periodically vibrated.
  • no pneumatic capsule leading continuously from the first pneumatic channel 145 to the pneumatic cavity 115 is formed, as shown in FIG. 8, but only a section of the pneumatic capsule moving in the direction of the fluidic cavity 125.
  • FIG. 10 shows a schematic representation of a microfluidic device 100 for processing a liquid according to an exemplary embodiment. Except for the formation of the cavity or the groove 705 in the fluidic substrate 120, the embodiment shown here corresponds to the embodiment shown in FIG.
  • the microfluidic device 100 additionally has the fluidic capillary 165 for introducing the fluid into the fluidic space Fluidikkavtician 125, wherein a extending between the first pneumatic channel 145 and the Fluidikkavtician 125 extending portion of the Fluidikkapillare 165 here simultaneously the function of the recess 705. Shown is also a Ausstorykanal 1005 for discharging the fluid from the fluidic space of Fluidikkavmaschine 125th
  • the fluidic capillary 165 opens into the recess 705 or forms the recess 705, wherein the
  • the first pneumatic channel 145 which is connected to the formed by the deflection of the diaphragm 130 pneumatic capillary 605, fluidly separated from the fluidic capillary 165.
  • the cavity, here the recess 705 can thus be used while the pneumatic capillary 605 is formed at the same time as a liquid-carrying channel to fill the Fluidikkavtician 125 with liquids.
  • This embodiment advantageously allows a compact design.
  • the flexible membrane 130 extends in the relaxed state along the ceiling of the
  • the flexible membrane 130 is attached to the pneumatic substrate 110 according to one embodiment.
  • the flexible membrane 130 is releasably attached to the pneumatic substrate 110 in the relaxed state, so that a pressure medium introduced through the first pneumatic channel 145 deflects the flexible membrane 130 into the recess 705 and thus into the pneumatic cavity 115 can get.
  • FIG. 11 shows a flow chart of a method 1100 for processing a fluid arranged in a fluidic space using a flexible membrane according to an exemplary embodiment. It may be a membrane, as described with reference to the preceding figures. The membrane is adapted to fluidly separate from each other a fluidic space extending at least partially into a fluidic cavity and a pneumatic space extending at least partially into a pneumatic cavity.
  • the method 1100 comprises at least one step 1101 of the
  • the method 1100 may further include a step 1105 of applying a negative pressure relative to the pressure in the pneumatic cavity as the first pneumatic pressure to the pneumatic space and / or a negative pressure relative to the pressure in the pneumatic cavity as the second pneumatic pressure to the pneumatic space to cause an expansion of the fluidic space by a bulge of the flexible membrane in the pneumatic cavity, to introduce the liquid into the fluidic space.
  • Step 1105 is optionally performed prior to step 1101 and / or after step 1103.
  • step 1105 is performed to introduce the liquid into the fluidic space, and subsequently step 1101 and step 1103 are performed to move one in the fluidic space
  • step 1105 is carried out again to maintain or reestablish the enlargement of the fluidic space caused by the curvature of the flexible membrane.
  • step 1105 is performed to introduce the liquid into the fluidic space. Subsequently, step 1101 and step 1103 are performed to generate turbulent flows in the liquid by the vibration of the flexible membrane to reduce or avoid air bubble formation in the liquid.
  • Step 1101 and step 1103 are according to another
  • Embodiment also to foam a vorgelagerte in the fluidic fluid with a small volume of liquid and a relatively high air or gas content by means of a vibration of the flexible membrane.
  • Step 1105 is then carried out in this case to increase the fluidic space by means of the curvature of the flexible membrane
  • 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, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine mikrofluidische Vorrichtung (100) zum Prozessieren einer Flüssigkeit (105). Die mikrofluidische Vorrichtung (100) weist zumindest ein Pneumatik-Substrat (110) mit einer Pneumatikkavität (115) und ein Fluidik-Substrat (120) mit einer Fluidikkavität (125) zum Aufnehmen der Flüssigkeit (105) auf. Die Fluidikkavität (125) ist der Pneumatikkavität (115) gegenüberliegend angeordnet. Zudem weist die mikrofluidische Vorrichtung (100) eine flexible Membran (130), die zwischen dem Pneumatik-Substrat (110) und dem Fluidik- Substrat (120) angeordnet ist auf. Die flexible Membran (130) ist dazu ausgebildet, um einen sich zumindest teilweise in die Fluidikkavität (125) erstreckenden Fluidikraum (135) und einen sich zumindest teilweise in die Pneumatikkavität (115) erstreckenden Pneumatikraum (140) fluidisch voneinander zu trennen. Die mikrofluidische Vorrichtung (100) umfasst ferner einen ersten Pneumatikkanal (145) zum Anlegen eines ersten pneumatischen Drucks an den Pneumatikraum (140) und einen zweiten Pneumatikkanal (150) zum Anlegen eines zweiten pneumatischen Drucks an den Pneumatikraum (140).

Description

Beschreibung
Titel
Mikrofluidische Vorrichtung und Verfahren zum Prozessieren einer Flüssigkeit
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.
Beim Prozessieren einer Flüssigkeit in einer mikrofluidischen Vorrichtung können die Strömungsverhältnisse der zu prozessierenden Flüssigkeit von Bedeutung sein. Um die Strömungsverhältnisse der Flüssigkeit in einer mikrofluidischen Vorrichtung zu beeinflussen, kann die mikrofluidische Vorrichtung ausgeformt sein, um das Entstehen eines bestimmten Strömungsverhältnisses zu
begünstigen.
Die DE US 9463460 beschreibt verschiedene geometrische Ausführungsformen eines Mikrokanals einer mikrofluidischen Vorrichtung, die die Ausbildung einer turbulenten Strömung aus initial zweier laminaren Strömungen beim
Prozessieren einer Flüssigkeit begünstigen können.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine mikrofluidische Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Eine Flüssigkeit kann vorteilhafterweise mittels pneumatischen Drucks prozessiert werden, beispielsweise weitergeleitet oder gemischt werden. Eine mikrofluidische Vorrichtung umfasst dazu eine flexible Membran, die mittels pneumatischer Aktuierung in eine schwingende Bewegung versetzt werden kann. Durch ein Schwingen der Membran kann Flüssigkeit bewegt werden und es können gezielt definierte turbulente Strömungsverhältnisse der zu
prozessierenden Flüssigkeit erzeugt werden. Je nach Anwendungsfall kann die mikrofluidische Vorrichtung zum Prozessieren einer oder mehrerer
unterschiedlicher Flüssigkeiten verwendet werden. Das gleichzeitige
Prozessieren mehrerer Flüssigkeiten kann beispielsweise zum Vermischen der Flüssigkeiten genutzt werden. Für viele mikrofluidische und diagnostische Anwendungen ist ein gezieltes Einstellen von Strömungsverhältnissen der zu prozessierenden Flüssigkeiten vorteilhaft. Das Einstellen der
Strömungsverhältnisse kann in dem hier vorgestellten Ansatz vorteilhafterweise mittels eines Anlegens des pneumatischen Drucks weitgehend unabhängig von Geometrien der mikrofluidischen Vorrichtung erfolgen, wodurch die
mikrofluidische Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren vielfältig eingesetzt und kombiniert werden können. Vorteilhafterweise kann das
Prozessieren der Flüssigkeit, somit besonders effizient erfolgen. Zudem kann eine Luftblasenbildung in der zu prozessierenden Flüssigkeit vorteilhafterweise minimiert werden, durch ein gezieltes Einstellen von lokalen und zeitlichen begrenzten turbulenten Strömungsverhältnissen der zu prozessierenden
Flüssigkeit mittels der flexiblen Membran. Das Prozessieren der Flüssigkeit, beispielsweise das Mischen, kann dabei vorteilhafterweise innerhalb einer Kavität erfolgen, was eine kompakte Bauweise ermöglicht. Das Prozessieren der Flüssigkeit mit gezieltem Einstellen von laminaren und turbulenten Strömungen in der gleichen mikrofluidischen Kavität kann zudem von Vorteil sein, um beispielsweise aus einer flüssigen Patientenprobe, z.B. Blut, bestimmte
Blutkörperchen oder Circulating Tumor Cells über einen Puffer zu mischen und auszufällen und anschließend in einer laminaren Strömung schwerkraftgetrieben oder durch Anlegen eines magnetischen Feldes anzureichern und zu separieren.
Es wird eine mikrofluidische Vorrichtung zum Prozessieren zumindest einer Flüssigkeit vorgestellt. Die mikrofluidische Vorrichtung weist zumindest ein Pneumatik-Substrat, ein Fluidik-Substrat, eine flexible Membran und einen ersten und einen zweiten Pneumatikkanal auf. Das Pneumatik-Substrat umfasst eine Pneumatikkavität. Das Fluidik-Substrat umfasst eine Fluidikkavität zum
Aufnehmen der Flüssigkeit. Die Fluidikkavität ist der Pneumatikkavität gegenüberliegend angeordnet. Die flexible Membran ist zwischen dem
Pneumatik-Substrat und dem Fluidik-Substrat angeordnet. Die flexible Membran ist dazu ausgebildet, um einen sich zumindest teilweise in die Fluidikkavität erstreckenden Fluidikraum und einen sich zumindest teilweise in die
Pneumatikkavität erstreckenden Pneumatikraum fluidisch voneinander zu trennen. Der erste Pneumatikkanal ist zum Anlegen eines ersten pneumatischen Drucks an den Pneumatikraum ausgebildet und der zweite Pneumatikkanal ist zum Anlegen eines zweiten pneumatischen Drucks an den Pneumatikraum ausgebildet.
Bei der mikrofluidischen Vorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Vorrichtung für ein Chiplabor, auch Lab-on-a-Chip-System genannt, handeln. Unter einem Chiplabor kann ein mikrofluidisches System verstanden werden, in dem die gesamte Funktionalität eines makroskopischen Labors auf einem beispielsweise kreditkartengroßen Kunststoffsubstrat, der Chiplaborkartusche untergebracht werden kann und in dem komplexe biologische, diagnostische, chemische oder physikalische Prozesse miniaturisiert ablaufen können. Mithilfe der mikrofluidischen Vorrichtung kann beispielsweise eine Flüssigkeit auf einem Chip bereitgestellt oder transportiert werden. Unter der zu prozessierenden Flüssigkeit kann beispielsweise ein Flüssigreagenz verstanden werden, wie beispielsweise eine salzhaltige, ethanolhaltige oder wässrige Lösung, oder eine Detergens oder Trockenreagenz, wie Lyophilisat oder Salz. Mittels einer Auslenkung der flexiblen Membran kann die Flüssigkeit zumindest teilweise verdrängt werden oder es können beispielsweise Ventile geöffnet oder geschlossen werden. Die mikrofluidische Vorrichtung umfasst ein Pneumatik- Substrat und ein Fluidik-Substrat. Dazu kann die mikrofluidische Vorrichtung einen polymeren Mehrschichtaufbau, bestehend aus zumindest zwei
Polymersubstraten, aufweisen, welche beispielsweise durch die flexible
Membran in eine pneumatische und eine fluidische Ebene, das Pneumatik- Substrat und das Fluidik-Substrat getrennt werden. Anstelle von Polymeren können auch andere geeignete Materialien für die Substrate verwendet werden. Alternativ können das Pneumatik-Substrat und das Fluidik-Substrat auch einstückig ausgeformt sein. Die flexible Membran kann eine Polymermembran sein, beispielsweise ein thermoplastisches Elastomer. Die flexible Membran kann ausgebildet sein, um ansprechend auf das Anlegen eines pneumatischen Drucks zum Prozessieren der Flüssigkeit zu schwingen oder zu vibrieren. Durch diese Schwingungen können in der Flüssigkeit in dem gegenüberliegenden Fluidikraum vorteilhafterweise turbulente Strömungsverhältnisse erzeugt werden. Bei dem über den ersten oder den zweiten Pneumatikkanal angelegten ersten oder zweiten pneumatischen Druck kann es sich um einen Druck handeln, der mittels eines pneumatischen Druckmediums, beispielsweise Druckluft oder Stickstoff, erzeugten werden kann. Der erste und der zweite pneumatische Druck können beispielsweise das gleiche oder ein anderes Druckniveau aufweisen.
Beispielsweise kann durch das Anlegen des ersten pneumatischen Drucks und des zweiten, sich vom ersten pneumatischen Druck unterscheidendem Druck eine definierte Druckdifferenz erzeugt werden, um die flexible Membran zum Prozessieren der Flüssigkeit in eine schwingende oder vibrierende Bewegung zu versetzen.
Der erste Pneumatikkanal und/oder der zweite Pneumatikkanal können gemäß einer Ausführungsform in die Pneumatikkavität münden. Beispielsweise können der erste und der zweite Pneumatikkanal in den Pneumatikraum der
Pneumatikkavität münden. Der ersten und der zweiten pneumatische Druck können so besonders effektiv angelegt werden, beispielsweise durch ein Einleiten eines fluiden Druckmediums in die Pneumatikkavität, um die Membran in eine schwingende Bewegung zu versetzen.
Zudem können der erste Pneumatikkanal und/oder der zweite Pneumatikkanal gemäß einer Ausführungsform durch eine der Membran gegenüberliegende Decke der Pneumatikkavität geführt sein. Die Pneumatikkavität kann dazu beispielsweise als die Decke eine polymere Deckschicht aufweisen, die Decke kann beispielsweise auch Teil des Pneumatik-Substrats sein. Die Decke kann ausgeformt sein, die Pneumatikkavität auf der der Membran gegenüber liegenden Seite mikrofluidisch zu verschließen. Entsprechende Kanäle lassen sich sehr einfach hersteilen. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können der erste
Pneumatikkanal und der zweite Pneumatikkanal an einander
gegenüberliegenden Seiten der Pneumatikkavität in die Pneumatikkavität münden. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, um den ersten und/oder den zweiten pneumatischen Druck, so anlegen zu können, dass die flexible Membran sich gleichmäßig in Richtung des Pneumatikraums oder des Fluidikraums wölbt, beispielsweise mittels des Anlegens eines Unterdrucks oder Überdrucks im Pneumatikraum in Bezug auf den Druck des Fluidikraum, beispielsweise um die Flüssigkeit mittels Drucks in die Fluidikkavität einzuleiten. Wenn die
Pneumatikkanäle möglichst weit voneinander beabstandet in die
Pneumatikkavität münden, kann ein möglichst großer Abschnitt der Membran von einem durch die Pneumatikkanäle geleiteten Druckmedium überstrichen und somit in Schwingung versetzt werden. Alternativ kann der zweite Pneumatikkanal mittig in die Pneumatikkavität münden. Dazu kann der zweite Pneumatikkanal beispielsweise mittig auf der der Membran gegenüber liegenden Seite der Pneumatikkavität angeordnet und durch die Decke der Pneumatikkavität geführt sein. Diese Anordnung des zweiten Pneumatikkanals kann beispielsweise für ein bestimmtes Auslenken der flexiblen Membran durch das Erzeugen einer
Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Pneumatikkanal vorteilhaft sein.
Der erste und/oder der zweite Pneumatikkanal können gemäß einer
Ausführungsform eine Querschnittsfläche von weniger als 0,5 mm2 aufweisen. Vorteilhafterweise kann das Schwingen der flexiblen Membran besonders effektiv erreicht werden, wenn ein durch den ersten und/oder den zweiten
Pneumatikkanal einströmendes pneumatisches Druckmedium, beispielsweise Druckluft, durch die entsprechenden Querschnittsfläche wie aus einer Düse in den Pneumatikraum einströmt. Ein Entstehen von Verwirbelungen und
Oszillationen der Flüssigkeit durch das Schwingen der flexiblen Membran kann dadurch begünstigt werden, was zum Prozessieren von Flüssigkeiten, beispielsweise zum Mischen, vorteilhaft sein kann.
Die mikrofluidische Vorrichtung kann gemäß einer Ausführungsform zudem eine Fluidikkapillare zum Einleiten der oder zumindest einer weiteren Flüssigkeit in den Fluidikraum umfassen. Die Fluidkapillare kann in den Fluidikraum münden. Die Fluidkapillare kann beispielsweise in einem flachen Winkel oder parallel zur flexiblen Membran in den Fluidikraum münden. Die Fluidikkapillare kann beispielsweise auch zum Ausleiten der Flüssigkeit aus dem Fluidikraum verwendet werden, oder der Fluidikraum kann eine andere Ausführöffnung aufweisen.
Der erste Pneumatikkanal kann gemäß einer Ausführungsform eine
Pneumatikkapillare umfassen. Die Pneumatikkapillare kann ausgeformt sein, um Druck längs der Membran in den Pneumatikraum einzuleiten. Die
Pneumatikkapillare kann beispielsweise in einem flachen Winkel parallel zu der flexiblen Membran in den Pneumatikraum münden. Die Pneumatikkapillare kann dazu beispielsweise einen Hohlraum aufweisen. Die Pneumatikkapillare kann beispielsweise durch das Pneumatik-Substrat oder durch das Fluidik-Substrat geführt sein. Der erste Pneumatikkanal kann beispielsweise zudem eine Öffnung zum Einleiten des Drucks beispielsweise in Form eines fluiden Druckmediums aufweisen, wobei die Öffnung auf der der Membran gegenüber liegenden Seite des Pneumatik-Substrats angeordnet ist. Der Druck in Form eines fluiden Druckmediums kann längs der Membran in den Pneumatikraum eingeleitet werden, beispielsweise in Form von Druckluft oder Stickstoff als Druckmedium. Diese Ausführungsform ist von Vorteil, da das Schwingen der flexiblen Membran besonders effektiv erreicht werden kann, wenn das Druckmedium in einem flachen Winkel oder in der Ebene der entspannten Membran in den
Pneumatikraum eingeleitet wird.
Das Fluidik-Substrat kann eine in die Fluidikkavität mündende Ausnehmung aufweisen. Dabei kann die Membran in die Ausnehmung hinein auslenkbar sein, um eine Pneumatikkapillare als einen zwischen dem Pneumatiksubstrat und der Membran angeordneten variablen Bereich auszuformen. Die Pneumatikkapillare kann somit als Bereich ausgebildet sein, in dem die flexible Membran nicht mit dem Pneumatiksubstrat verbunden ist und von diesem weg ausgelenkt werden kann. Vorteilhafterweise können durch die Rückstellkraft der ausgelenkten Membran Oszillationen begünstigt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Fluidikkapillare in die Ausnehmung münden, wobei die Membran den ersten Pneumatikkanal fluidisch von der Fluidikkapillare trennt. Es ist von Vorteil, wenn die Ausnehmung in die Fluidikkavität mündet, da der nicht als Pneumatikkapillare genutzte Bereich der Ausnehmung gemäß dieser Ausführungsform auch als flüssigkeitsführender Kanal verwendet werden kann. Dabei kann die Membran den
flüssigkeitsführenden Bereich der Ausnehmung von dem die Pneumatikkapillare ausformenden Bereich der Ausnehmung trennen, was eine kompakte Bauweise ermöglicht.
Die mikrofluidische Vorrichtung kann gemäß einer Ausführungsform zudem eine Druckeinrichtung umfassen. Die Druckeinrichtung kann mit dem ersten
Pneumatikkanal und dem zweiten Pneumatikkanal gekoppelt sein. Die
Druckeinrichtung kann dazu ausgebildet sein, den ersten pneumatischen Druck an den ersten Pneumatikkanal und den zweiten pneumatischen Druck an den zweiten Pneumatikkanal anzulegen. Vorteilhafterweise kann so mittels der Druckeinrichtung ein pneumatischer Druck angelegt werden, beispielsweise mittels des Einlesens eines Fluides als Druckmedium, beispielsweise Druckluft oder Stickstoff. Mittels der Druckeinrichtung kann beispielsweise der erste pneumatische Druck an den ersten Pneumatikkanal angelegt werden, der beispielsweise ein bestimmtes Druckniveau aufweisen kann, der in Bezug auf den Druck in der Fluidkavität beispielsweise ein Unterdrück oder ein Überdruck darstellt. Der zweite pneumatische Druck kann dem ersten pneumatischen Druck im Druckniveau entsprechen, oder ein anderes Druckniveau aufweisen, zum Erzeugen einer Druckdifferenz in dem Pneumatikraum, was vorteilhafterweise ein besonders schnelles und effizientes Prozessieren der Flüssigkeit ermöglicht. Als Druckeinrichtung können bekannte Einrichtungen zur Druckgenerierung eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Druckeinrichtung zumindest einen Pumpe umfassen.
Die Druckeinrichtung kann gemäß einer Ausführungsform dazu ausgebildet sein, um einen ersten Unterdrück in Bezug auf den Druck in der Fluidikkavität als den ersten pneumatischen Druck an den ersten Pneumatikkanal anzulegen und einen zweiten Unterdrück in Bezug auf den Druck in der Fluidikkavität an den zweiten Pneumatikkanal als den zweiten pneumatischen Druck anzulegen. Dabei kann der zweite Unterdrück ein anderes Druckniveau als der erste Unterdrück aufweisen, um ein Schwingen der durch den ersten und zweiten Unterdrück in Richtung der Pneumatikkavität gewölbten Membran zu bewirken. Wenn beispielsweise der zweite pneumatische Druck am zweiten Pneumatikkanals ein höheres Druckniveau aufweist als der erste pneumatische Druck am ersten Pneumatikkanal, kann durch die entstehende Druckdifferenz das fluide
Druckmedium entlang der flexiblen Membran vom zweiten zum ersten
Pneumatikkanal strömen. Dadurch kann die flexible Membran in Bewegung versetzt werden und je nach angelegter Druckdifferenz zu schwingen oder zu vibrieren beginnen.
Zudem kann Druckeinrichtung gemäß einer Ausführungsform dazu ausgebildet sein, um einen Unterdrück in Bezug auf den Druck in der Pneumatikkavität als den ersten pneumatischen Druck an den ersten Pneumatikkanal anzulegen und/oder um einen Unterdrück in Bezug auf den Druck in der Pneumatikkavität als den zweiten pneumatischen Druck an den zweiten Pneumatikkanal anzulegen. Dadurch kann durch eine Wölbung der flexiblen Membran in die Pneumatikkavität eine Vergrößerung des Fluidikraums bewirkt werden, um die oder zumindest eine weitere Flüssigkeit in den Fluidikraum einzuleiten.
Vorteilhafterweise kann so mittels des Unterdrucks im Pneumatikraum die entsprechende Flüssigkeit beispielsweise aus einer benachbarten Fluidikkavität in den Fluidikraum eingezogen werden, beispielsweise um die Flüssigkeit mit einer anderen Flüssigkeit zu mischen.
Vorteilhaft ist zudem eine Ausführungsform, in der die Druckeinrichtung dazu ausgebildet ist, einen ersten Überdruck in Bezug auf den Druck in der
Fluidikkavität als den ersten pneumatischen Druck an den ersten
Pneumatikkanal anzulegen und einen zweiten Überdruck in Bezug auf den Druck in der Fluidikkavität als an den zweiten Pneumatikkanal als den zweiten pneumatischen Druck anzulegen. Der zweite Überdruck kann ein anderes Druckniveau als der erste Überdruck aufweisen, um ein Schwingen der durch den ersten und zweiten Überdruck in Richtung der Fluidikkavität gewölbten Membran zu bewirken. Vorteilhafterweise kann bei dieser Ausführungsform durch das Einstellen des Schwingens der Membran mittels des Einstellens der Druckdifferenz des angelegten ersten und zweiten pneumatischen Drucks eine Blasenbildung der Flüssigkeit vermieden werden, was beim Prozessieren der Flüssigkeit in Zusammenhang mit diagnostischen Verfahren vorteilhaft sein kann. Es wird zudem ein Verfahren zum Prozessieren zumindest einer in einem Fluidikraum angeordneten Flüssigkeit unter Verwendung einer flexiblen Membran vorgestellt. Die Membran ist dazu ausgebildet, um einen sich zumindest teilweise in eine Fluidikkavität erstreckenden Fluidikraum und einen sich zumindest teilweise in eine Pneumatikkavität erstreckenden Pneumatikraum fluidisch voneinander zu trennen. Das Verfahren umfasst zumindest einen Schritt des Anlegens eines ersten pneumatischen Drucks an den Pneumatikraum und einen Schritt des Anlegens eines zweiten pneumatischen Drucks an den
Pneumatikraum. Der zweite pneumatische Druck kann sich von dem ersten pneumatischen Druck unterscheiden, um zum Prozessieren der zumindest Flüssigkeit eine Schwingung der flexiblen Membran zu bewirken. Dies ist von Vorteil, um durch ein Beeinflussen einer Bewegung der Membran, beispielsweise einer Schwingung oder Vibration der Membran, Strömungsverhältnisse der zumindest einen zu prozessierenden Flüssigkeit beeinflussen zu können.
Beispielsweise können so laminare und turbulente Strömungen gezielt eingestellt werden, beispielsweise gezielt zeitlich, stationär und mit einer definierten
Intensität mittels eines Einstellens der Druckdifferenz. Das Mischen von zwei Flüssigkeiten kann dadurch beispielsweise besonders effizient erfolgen, besonders das Mischen von schwer mischbaren Flüssigkeiten wie beispielsweise Flüssigkeiten mit unterschiedlicher Polarität oder hoher Viskosität.
Das Verfahren kann gemäß einer Ausführungsform zudem einen Schritt des Anlegens eines Unterdrucks in Bezug auf den Druck in der Pneumatikkavität als den ersten pneumatischen Druck an den Pneumatikraum umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann in diesem Schritt des Anlegens ein Unterdrück in Bezug auf den Druck in der Pneumatikkavität als den zweiten pneumatischen Druck an den Pneumatikraum angelegt werden, um durch eine Wölbung der flexiblen Membran in die Pneumatikkavität eine Vergrößerung des Fluidikraums zu bewirken, um zumindest eine Flüssigkeit in den Fluidikraum einzuleiten. Vorteilhafterweise kann so eine Flüssigkeit besonders schnell und effizient in den Fluidikraum eingeleitet werden, beispielsweise um die eingeleitete Flüssigkeit im Fluidikraum mit einer weiteren Flüssigkeit oder einer vorgelagerten Trockenreagenz zu mischen. Zudem kann statt eines Unterdrucks auch ein Überdruck als erster und/oder als zweiter pneumatischer Druck angelegt werden. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, wenn die Flüssigkeit ein besonders kleines
Flüssigkeitsvolumina aufweist. Die Flüssigkeit kann in diesem Fall durch das Schwingen der Membran auch aufgeschäumt werden. Dies kann beispielsweise für diffusionsgetriebene Vorgänge oder Bindungsmechanismen vorteilhaft sein, wenn eine Maximierung der Oberfläche der Flüssigkeit zum Prozessieren der Flüssigkeit zielführend ist.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung zum Prozessieren einer Flüssigkeit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2a bis 2e eine schematische Darstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung zum Prozessieren einer Flüssigkeit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 3a bis 3d eine schematische Darstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung zum Prozessieren einer Flüssigkeit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 4a bis 4d eine schematische Darstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung zum Prozessieren einer Flüssigkeit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 5a bis 5c eine schematische Darstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung zum Prozessieren einer Flüssigkeit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung zum Prozessieren einer Flüssigkeit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung zum Prozessieren einer Flüssigkeit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung zum Prozessieren einer Flüssigkeit gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 9 eine schematische Darstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung zum Prozessieren einer Flüssigkeit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 10 eine schematische Darstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung zum Prozessieren einer Flüssigkeit gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
Fig. 11 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Prozessieren einer in einem Fluidikraum angeordneten Flüssigkeit unter Verwendung einer flexible Membran gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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 mikrofluidischen Vorrichtung 100 zum Prozessieren einer Flüssigkeit 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist eine Querschnittansicht der mikrofluidischen Vorrichtung 100. Die mikrofluidischen Vorrichtung 100 umfasst ein Pneumatik-Substrat 110 mit einer Pneumatikkavität 115 und ein Fluidik-Substrat 120 mit einer Fluidikkavität 125 zum Aufnehmen der Flüssigkeit 105. Die Fluidikkavität 125 ist der
Pneumatikkavität 115 gegenüberliegend angeordnet. Zudem umfasst die mikrofluidischen Vorrichtung 100 eine flexible Membran 130, die zwischen dem Pneumatik-Substrat 110 und dem Fluidik-Substrat 120 angeordnet ist. Die flexible Membran 130 ist dazu ausgebildet, einen sich zumindest teilweise in die Fluidikkavität 125 erstreckenden Fluidikraum 135 und einen sich zumindest teilweise in die Pneumatikkavität 115 erstreckenden Pneumatikraum 140 fluidisch voneinander zu trennen. In Fig. 1 ist die flexible Membran 130 in einem entspannten Zustand gezeigt, in dem die flexible Membran 130 mittig zwischen der Fluidikkavität 125 und der Pneumatikkavität 115 angeordnet ist. Ferner umfasst die mikrofluidischen Vorrichtung 100 einen ersten Pneumatikkanal 145 zum Anlegen eines ersten pneumatischen Drucks an den Pneumatikraum 140 und einen zweiten Pneumatikkanal 150 zum Anlegen eines zweiten
pneumatischen Drucks an den Pneumatikraum 140. Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die mikrofluidischen Vorrichtung 100 optional eine Druckeinrichtung 155, die mit dem ersten
Pneumatikkanal 145 und dem zweiten Pneumatikkanal 150 gekoppelt ist. Die Druckeinrichtung 155 ist ausgebildet, um den ersten pneumatischen Druck an den ersten Pneumatikkanal 145 und den zweiten pneumatischen Druck an den zweiten Pneumatikkanal 150 anzulegen. Die flexible Membran 130 kann durch das Anlegen einer definierten Druckdifferenz über den ersten Pneumatikkanal 145 und den zweiten Pneumatikkanal 150 in eine schwingende oder vibrierende Bewegung versetzt werden, beispielsweise durch das Anlegen eines ersten pneumatischen Drucks und eines sich vom ersten pneumatischen Druck unterscheidenden zweiten pneumatischen Drucks. Mittels pneumatischer Aktuierung kann so die flexible Membran 130 über eine Auslenkung
beispielsweise die Flüssigkeit 105 aus dem Fluidikraum 135 verdrängen, oder Ventile öffnen oder schließen. Durch das Schwingen der Membran 130 kann die Flüssigkeit 105 in dem dem Pneumatikraum 140 gegenüberliegenden
Fluidikraum 135 turbulente Strömungsverhältnisse erfahren. Vorteilhafterweise können laminare oder turbulente Strömungen so gezielt zeitlich, stationär und mit definierter Intensität eingestellt werden. Vorteilhafterweise ermöglicht dies eine große Flexibilität der mikrofluidischen Vorrichtung 100, insbesondere da das definierte Einstellen von turbulenten Strömungen, Verwirbelungen oder
Querströmungen der Flüssigkeit 105 weitgehend unabhängig von den
Geometrien der mikrofluidischen Vorrichtung 100 allein durch definierte
Druckdifferenzen gesteuert werden kann. Das kontrollierte Einstellen von Strömungsverhältnissen von Flüssigkeiten 105 ermöglicht unterschiedliche Bindebedingungen zwischen Fänger- und Bindemolekülen in zeitlicher, örtlicher und intensitätsabhängiger Ausprägung. Dadurch kann beispielsweise ein effizientes Mischen von Flüssigkeiten 105 ermöglicht werden. Das Mischen der Flüssigkeiten 105 erfordert vorteilhafterweise kein Hin- und Herpumpen zwischen verschiedenen Kavitäten, sondern kann in einer einzelnen Kavität, der
Fluidikkavität 125, stattfinden. Dies führt zu einer flächenmäßigen Einsparung auf der mikrofluidischen Vorrichtung 100 und kann insbesondere bei sehr schwer mischbaren Flüssigkeiten 105, z.B. Flüssigkeiten 105 mit hoher Viskosität, mit unterschiedlicher Polarität oder nur partieller Mischbarkeit oder für das Lösen von Trockenreagenzien in wässrigen Lösungen vorteilhafterweise die Effizienz des Mischens erhöhen. Das Mischen der Flüssigkeit 105 kann dadurch
beispielsweise auch bei diffusionsgetriebenen Prozessen beschleunigt werden, was schnellere Diagnosen ermöglichen kann.
Die Pneumatikkavität 115 weist gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel eine der Membran 130 gegenüberliegende Decke 160 auf. Der erste
Pneumatikkanal 145 und der zweite Pneumatikkanal 150 sind durch die Decke 160 in die Pneumatikkavität 115 geführt und münden an einander
gegenüberliegenden Seiten der Pneumatikkavität 115 in die Pneumatikkavität 115.
Zudem umfasst die mikrofluidischen Vorrichtung 100 gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel eine Fluidikkapillare 165 zum Einleiten der Flüssigkeit 105 in den Fluidikraum 135.
Die mikrofluidische Vorrichtung 100 kann beispielsweise in Verbindung mit einem medizinischen Diagnosesystem eingesetzt werden, oder mit einem Chiplabor, einem sogenannten Lab-on-Chip. Wie hier gezeigt kann die mikrofluidische Vorrichtung 100 einen Mehrschichtaufbau aus dem Pneumatik-Substrat 110, dem Fluidik-Substrat 120 und der flexiblen Membran 130 aufweisen, wobei die Membran 130 die Pneumatikkavität 115 und die Fluidikkavität 125 fluidisch voneinander trennt. Durch diese Anordnung kann die grundlegende Funktion der mikrofluidischen Vorrichtung 100 der mikrofluidischen Steuerung bereitgestellt werden. Das Pneumatik-Substrat 110 und das Fluidik-Substrat 120 können beispielsweise Polymersubstrate sein und entsprechend aus Kunststoffen bestehen, beispielsweise aus Thermoplast, z.B. aus PC, PA, PS, PP, PE,
PMMA, COP oder COC, zudem kann der Mehrschichtaufbau auch Glas umfassen. Die zwischen dem Pneumatik-Substrat 110 und dem Fluidik-Substrat 120 integrierte und frei bewegliche Membran 130 kann beispielsweise ein Elastomer sein, beispielsweise ein thermoplastisches Elastomer aus TPU oder TPS, oder die Membran 130 kann aus Heißklebefolien bestehen. Ferner kann die Membran 130 eine Barrierefolie oder Siegelfolie aufweisen, beispielsweise eine handelsübliche Polymerverbundfolie aus polymeren Siegel- und
Schutzschichten, z.B. aus PE, PP, PA oder PET, und einer Barriereschicht, z.B. aus aufgedampftes Aluminium oder anderen Hochbarriereschichten wie EVOH, BOPP, oder eine Aluminiumverbundfolie mit mehrschichtigen Siegelschichten aus Polymeren wie PP, PE, Acrylkleber oder Polyurethankleber. Als
Fügeprozesse für diesen Mehrschichtaufbau der mikrofluidischen Vorrichtung 100 sind Laserdurchstrahlschweißen, Ultraschallschweißen, Thermobonden, Kleben, Klemmen oder vergleichbare Prozesse geeignet. Zudem können
Reservoire, beispielsweise die Pneumatikkavität 115 und die Fluidikkavität 125 eine Beschichtung aufweisen, z.B. mit AI, AI2O3 oder SiC>2. Durch das Anlegen eines Unterdrucks in der pneumatischen Ebene der Pneumatikkavität 115 und des Pneumatikraums 140 mittels der Druckeinrichtung 155 kann die flexible Membran 130 ausgelenkt werden und Flüssigkeiten 105 einziehen.
Der Mehrschichtaufbau der mikrofluidischen Vorrichtung 100, der zumindest das Pneumatik-Substrat 110, dem Fluidik-Substrat 120 und die flexiblen Membran 130 umfasst, kann beispielsweise ein Dicke von 0,5 bis 5 mm aufweisen. Die Membran 130 kann als Polymermembran beispielsweise eine Dicke von 5 bis 300 pm aufweisen. Als elastische TPU Membran kann die Membran 130 z.B. eine Dicke von 50 pm bis 2 mm aufweisen. Der erste Pneumatikkanal 145 und/oder der zweite Pneumatikkanal 150 können gemäß einem
Ausführungsbeispiel eine Querschnittsfläche von weniger als 0,5 mm2 aufweisen. Mittels des an den ersten Pneumatikkanal 145 und an den zweiten
Pneumatikkanal 150 angelegten ersten und zweiten pneumatischen Drucks kann in der Pneumatikebene der Pneumatikkavität 115 und des Pneumatikraums 140 beispielsweise eine Druckdifferenz von 0,1 bis 5 bar erzeugt werden.
Die Figuren 2a bis 2e zeigen je eine schematische Darstellung der
mikrofluidischen Vorrichtung 100 zum Prozessieren einer Flüssigkeit 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Als Beispiel für das Prozessieren ist ein effizientes Mischen von Flüssigkeiten 105 durch ein gezieltes Erzeugen von turbulenten Strömungen in den Flüssigkeiten 105 gezeigt, die mittels eines
Differenzunterdrucks in der mikrofluidischen Vorrichtung 100 erzeugt werden können. In den Figuren 2a, 2b, 2c und 2e ist jeweils eine Querschnittansicht der mikrofluidischen Vorrichtung 100 gezeigt, wobei beispielhaft je eine andere Situation des Prozessierens der Flüssigkeit 105 gezeigt ist. In der Figur 2d sind beispielhaft Strömungsverhältnisse der von der mikrofluidischen Vorrichtung 100 aufgenommenen Flüssigkeit 105 in einer Aufsichtsdarstellung der in Figur 2c gezeigten Situation des Prozessieren der Flüssigkeit 105 gezeigt.
Fig. 2a zeigt die mikrofluidische Vorrichtung 100. Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich die Flüssigkeit 105 im Fluidikraum 135 der Fluidikkavität 125. Die Flüssigkeit 105 kann dazu beispielsweise eine
vorgelagerte oder schon eingeleitete Flüssigreagenz sein, beispielsweise eine salzhaltige oder ethanolhaltige oder wässrige Lösung, oder eine Patientenprobe, beispielsweise Blut. Die Flüssigkeit 105 kann beispielsweise durch die
Fluidikkapillare 165 in den Fluidikraum 135 eingeleitet werden oder worden sein. Der Fluidikraum 135 wird durch die Flüssigkeit 105 nur etwa zur Hälfte ausgefüllt. In der hier gezeigten Situation weist die Membran 130 keine durch eine
Druckdifferenz im Pneumatikraum 140 ersichtliche Auslenkung in Form einer Wölbung oder einer Schwingung auf, der Pneumatikraum 140 und der
Fluidikraum 135, die durch die Membran 130 voneinander getrennt sind, sind nahezu gleich groß.
Fig. 2b zeigt eine weitere Situation des Prozessierens der Flüssigkeit 105 der mikrofluidischen Vorrichtung 100. Zusätzlich zu der bereits im Fluidikraum 135 befindlichen Flüssigkeit 105 wird hier eine weitere Flüssigkeit 205 über die Fluidikkapillare 165 in den Fluidikraum eingeleitet. Das Einziehen der Flüssigkeit 205 wird durch das Anlegen eines Unterdrucks im Pneumatikraum 140 in Bezug auf den Druck im Fluidikraum 135 als ersten pneumatischen Druck am ersten Pneumatikkanal 145 bewerkstelligt. Als pneumatischer Druck kann
beispielsweise ein fluides Druckmedium in den Pneumatikraum 140 eingeleitet werden. Zusätzlich kann der Unterdrück auch als zweiter pneumatischer Druck am zweiten Pneumatikkanal 150 angelegt werden. Durch den erzeugten
Unterdrück lenkt sich die flexible Membran 130 aus und zieht das
Flüssigkeitsvolumen der Flüssigkeit 205 aus einer benachbarten Kavität ein. Durch das Einziehen einer zweiten Flüssigkeit 205 können sich, je nach
Mischbarkeit der Flüssigkeiten 105 und 205, zwei Phasen ausbilden, wie in der hier gezeigten Situation.
Fig. 2c zeigt das Mischen der Flüssigkeiten 105 und 205 als Situation des Prozessierens in der mikrofluidischen Vorrichtung 100. An den zweiten Pneumatikkanal 150 wird als zweiter pneumatischer Druck ein Unterdrück in Bezug auf den im Fluidikraum 135 herrschenden Druck angelegt. Der zweite pneumatische Druck weist ein höheres Druckniveau als der erste pneumatische Druck auf. Dabei ist der erste pneumatische Druck ebenfalls geringer als der im Fluidikraum 135 herrschende Druck. Durch die entstehende Druckdifferenz zwischen den Pneumatikkanälen 145, 150 strömt das Druckmedium,
beispielsweise Luft oder Stickstoff, des pneumatischen Drucks entlang der flexiblen Membran 130 von dem zweiten Pneumatikkanal 150 in den ersten Pneumatikkanal 145. Dadurch wird die flexible Membran 130 in Bewegung versetzt und beginnt je nach angelegter Druckdifferenz zu schwingen oder zu vibrieren. Dies ist hier durch die wellenförmigen Auslenkungen der gewölbten Membran 130 gezeigt. Der Unterdrück in dem Pneumatikraum 140 und der Pneumatikkavität 115 bleibt relativ zum Fluidikraum 135 und der Fluidikkavität 125, in der Umgebungsdruck herrscht, bestehen, sodass die flexible Membran 130 weiterhin in die Pneumatikkavität 115 hinein ausgelenkt bleibt. Der
Fluidikraum 135 wird dadurch vergrößert und dehnt sich in die Pneumatikkavität 115 hinein aus, während der Pneumatikraum 140 durch die Auslenkung der Membran 130 verkleinert wird. Die Druckdifferenz, um die Membran 130 in eine schwingende Bewegung zu versetzen, kann auch erzeugt werden, indem am zweiten Pneumatikkanal 150 ein pneumatischer Druck mit einem niedrigerem Druckniveau angelegt wird als das Druckniveau des an dem ersten
Pneumatikkanal 145 angelegten ersten pneumatischen Drucks. Das
Druckmedium strömt in diesem Fall in entgegengesetzte Richtung über die flexible Membran 130.
Fig. 2d zeigt beispielhaft Strömungsverhältnisse der Flüssigkeit 205 beim
Mischen mit der in dem Fluidikraum 135 der Fluidikkavität 125 befindlichen Flüssigkeit 105. Das Mischen der beiden Flüssigkeiten 105, 205 ist dadurch gezeigt, dass im Fluidikraum 135 die Flüssigkeit 205 mit einigen Punkten dargestellt ist, wobei die Punkte die Flüssigkeit 105 andeuten. Die hier gezeigte Situation entspricht der in der vorhergehenden Figur 2c gezeigten Mischsituation, jedoch ist hier ein Aufsicht auf den Fluidikraum 135 gezeigt, um die
Strömungsverhältnisse der Flüssigkeit 205 beim Mischen der Flüssigkeit 105 mit einem durch die Druckdifferenz schwingende Membran zu zeigen. Die Vibration der flexiblen Membran überträgt sich direkt auf die Fluidikkavität 125 und setzt die sich darin befindlichen beiden Flüssigkeiten 105, 205 gleichermaßen in Bewegung. Dies ist hier durch den Strudel 206 beispielhaft gezeigt. Damit kann eine sehr effiziente, zeitlich und örtlich gesteuerte Durchmischung der
Flüssigkeiten 105, 205 erfolgen, das Ergebnis des Mischens ist in der folgenden Figur 2e gezeigt. Durch das Anlegen von bestimmten Druckdifferenzen mittels eines Anlegens des ersten pneumatischen Drucks an den ersten Pneumatikkanal und des sich vom ersten pneumatischen Drucks unterscheidenden zweiten pneumatischen Drucks an den zweiten Pneumatikkanal 150 können sich aus den turbulenten Strömungen auch Strudeleffekte 205 ausbilden, die die
Mischungseffizienz weiter erhöhen.
Fig. 2e zeigt das Ergebnis des Prozessierens der Flüssigkeit in der
mikrofluidischen Vorrichtung 100. Gezeigt ist eine durchmischte Flüssigkeit 207 im Fluidikraum 135. Die Flüssigkeit 207 ist das Ergebnis des Durchmischens der beiden Flüssigkeiten in den vorhergehenden Figuren 2b bis 2d in der
mikrofluidischen Vorrichtung 100. Die Membran 130 ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel durch den Unterdrück im Pneumatikraum 140 gewölbt und reicht teilweise an die Decke 160 der Pneumatikkavität 115 heran, sodass sich der Fluidikraum 135 mit der Flüssigkeit 207 in die Pneumatikkavität 115 ausdehnt und den Pneumatikraum 140 in die oberen Eckbereiche der Pneumatikkavität 115 verdrängt.
Die Figuren 3a bis 3d zeigen eine schematische Darstellung einer
mikrofluidischen Vorrichtung 100 zum Prozessieren einer Flüssigkeit 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist je eine Situation des effizienten
Auflösens und anschließendes Mischen einer Trockenreagenz 305, eines sogenannten Beads, in Flüssigreagenzien als Flüssigkeit 105 durch ein gezieltes Erzeugen von turbulenten Strömungen in der Flüssigkeit 105 durch einen
Differenzunterdruck. Die Situationen sind jeweils in einer Querschnittansicht der mikrofluidischen Vorrichtung 100 gezeigt.
Fig. 3a zeigt die mikrofluidische Vorrichtung 100, mit einer vorgelagerten Bead als Trockenreagenz 305 im Fluidikraum 135. Die Trockenreagenz 305 wird durch die flexible Membran 130 fixiert, auch ohne das Anlegen von Druckluft als Druckmedium pneumatischen Drucks oder eines Unterdrucks im Pneumatikraum 140. Die mikrofluidische Vorrichtung 100 wird in der hier gezeigten
Ausführungsbeispiel zum effizienten Auflösen der Trockenreagenz 305 genutzt, wobei hier die Ausgangssituation noch vor dem Beginn des Prozessierens der Flüssigkeit gezeigt ist.
Fig. 3b zeigt eine weitere Situation eines Prozessierens der Flüssigkeit 105. Gezeigt ist, dass die Flüssigkeit 105 über die Fluidikkapillare 165 in den
Fluidikraum 135 eingezogen wird, und sich dort mit der sich auflösenden
Trockenreagenz 305 anfängt zu vermischen. Durch das Anlegen eines
Unterdrucks im Pneumatikraum 140 in Bezug auf dem Druck im Fluidikraum als ersten und zweiten pneumatischen Druck an den ersten Pneumatikkanal 145 und an den zweiten Pneumatikkanal 150 in Form des Anlegens von Druckluft lenkt sich die flexible Membran 130 aus und zieht die Flüssigkeit 105 in Form von Flüssigreagenz aus einer benachbarten Kavität ein. Die Trockenreagenz 305 beginnt sich zumindest an der Oberfläche zu lösen.
Fig. 3 c zeigt das Mischen der Flüssigkeit 105 mit der Trockenreagenz 305 in einer weiteren Prozessierphase in der mikrofluidischen Vorrichtung 100. Um das Auflösen der Trockenreagenz 305 zu beschleunigen und anschließend die Konzentration gleichmäßig zu verteilen, wird die flexible Membran 130 durch das Erzeugen einer Druckdifferenz zwischen dem ersten Pneumatikkanal 145 und dem zweiten Pneumatikkanal 150 in Schwingung versetzt. Dies führt zu einem effizientem und beschleunigtem Auflösen und Mischen der Trockenreagenz 305 in der Flüssigkeit 105, entsprechend ist die ursprüngliche Form der
Trockenreagenz 305 nicht mehr zu erkennen. Die Trockenreagenz 305 löst sich auf und vermischt sich weiter mit der Flüssigkeit 105.
Fig. 3d zeigt das Ergebnis des Prozessierens der Flüssigkeit in der
mikrofluidischen Vorrichtung 100. Die Trockenreagenz in Form des Beads hat sich mittels des Schwingens der Membran 130 aufgelöst und mit der
eingeleiteten Flüssigkeit bis hin zur vollständigen Auflösung und homogen verteilten Konzentration der Trockenreagenz vermischt, sodass die Flüssigkeit 306 als Ergebnis des Mischens entstanden ist. Vorteilhafterweise ermöglicht die definierte Kombination aus turbulenten und laminaren Strömungsverhältnissen durch die pneumatische Aktuierung der Membran 130, in der gleichen Kavität, dem Fluidikraum 135, Mischungs-, Anreicherungs- und Separationsprozesse von Flüssigkeiten, Trockenreagenzien, magnetischen Beads, Circulating Tumor Cells und Patientenproben in einer einzigen mikrofluidischen Kavität, dem Fluidikraum 135 durchzuführen.
Die Figuren 4a bis 4d zeigen eine schematische Darstellung einer
mikrofluidischen Vorrichtung 100 zum Prozessieren einer Flüssigkeit 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. In einer Querschnittansicht der mikrofluidischen Vorrichtung 100 ist jeweils eine Situation des Prozessierens der Flüssigkeit 105 gezeigt, wobei hier die temporäre Reduktion von Gasblasenbildung in der Flüssigkeit 105 aufgrund von thermischen Energieeintrag durch turbulente Strömungen durch einen Differenzunterdruck beim Prozessierens der Flüssigkeit 105gezeigt ist. In vielen Chiplabor-Anwendungen, die beispielsweise unter Verwendung der mikrofluidischen Vorrichtung 100 durchgeführt werden können, ist es erforderlich, die verwendeten Flüssigreagenzien, also die Flüssigkeit 105, lokal zu beheizen, beispielsweise für eine Polymerase- Kettenreaktion, bei einer Hybridisierung, einer qPCR, oder einer Realtime PCR. Durch den thermischen Energieeintrag sinkt die Gaslöslichkeit der im Flüssigkeitsvolumen der Flüssigkeit 105 eingeschlossenen Luft, wobei sich einzelne größere Luftblasen ausbilden. Diese können durch zeitlich gesteuertes Einstellen der turbulenten Strömung, auch beispielsweise während einer Polymerase- Kettenreaktion, wieder aufgelöst oder minimiert werden. Dies ist in den folgenden Figuren 4a bis 4d beispielhaft gezeigt.
Fig. 4a zeigt die Ausgangssituation des Prozessierens der Flüssigkeit 105 in der mikrofluidischen Vorrichtung 100 vor dem lokalen Beheizen der Flüssigkeit 105. Die Flüssigkeit 105 befindet sich im Fluidikraum 135, die flexible Membran 130 ist in Richtung der Pneumatikkavität 115 gewölbt.
Fig. 4b zeigt eine Blasenbildung 405 in der Flüssigkeit 105 durch ein lokales Beheizen 410 der eines Flüssigkeitsplugs, also eines bestimmten
Flüssigkeitsvolumen der Flüssigkeit, wie dem sich hier in dem Fluidikraum 135 befindlichen Flüssigkeitsvolumen der Flüssigkeit 105. Durch das lokale Beheizen 410 eines Flüssigkeitsplugs, beispielsweise bei einer Polymerase- Kettenreaktion, einer Array-Hybridisierung, einer qPCR oder einer Realtime PCR, sinkt die Gaslöslichkeit der Flüssigkeit 105, was sich in einer Blasenbildung 405 im Fluidikraum 135 niederschlägt. Diese bei der Blasenbildung 405 entstehenden Gasbläschen können bei der an das Prozessieren der Flüssigkeit 105
anschließenden Auslesung, Detektion und Auswertung Probleme verursachen. Durch das Verwenden der mikrofluidischen Vorrichtung 100 kann die
Blasenbildung 405 vorteilhafterweise vermieden oder reduziert werden, wie in den folgenden beiden Figuren 4c und 4d gezeigt.
Fig. 4c zeigt beispielhaft, wie beim Prozessieren einer Flüssigkeit 105 durch das lokale Beheizen 410 entstehende Gasbläschen unter Verwendung der mikrofluidischen Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel vermieden oder reduziert werden können. Durch das kontrollierte Einstellen einer turbulenten Strömung in der Flüssigkeit 105 können vor allem größere Blasen wieder reduziert und deutlich verkleinert werden. Das Einstellen der turbulenten Strömungen in der Flüssigkeit 105 erfolgt mittels des Einstellens des Schwingens der flexiblen Membran 130. Das Schwingen der Membran 130 kann durch eine zwischen dem ersten Pneumatikkanal 145 und dem zweiten Pneumatikkanal 150 erzeugte Druckdifferenz im Pneumatikraum eingestellt werden, durch das Strömen eines fluides Druckmediums vom ersten Pneumatikkanal 145 über die flexible Membran 130 zum zweiten Pneumatikkanal 150 als Effekt der
Druckdifferenz. Das Schwingen der flexiblen Membran 130 ist in dieser Figur beispielhaft durch die Auslenkungen der Membran dargestellt.
Fig. 4d zeigt das Ergebnis des Prozessierens der Flüssigkeit 105 in der mikrofluidischen Vorrichtung 100. Hier ist das Ergebnis des Prozessierens der Flüssigkeit 105 gezeigt, die Membran 130 weist keine Schwingung mehr auf, sie ist in Richtung der Pneumatikkavität 115 ausgelenkt, und trotz des lokalen Beheizens 410 sind in der Flüssigkeit 105 kaum große Gasbläschen mehr vorhanden, wie sie beispielhaft in der Figur 4b gezeigt sind. Das Reduzieren oder das Vermeiden von Blasenbildung bietet enorme Vorteile bei der anschließenden Auslesung eines diagnostischen Verfahrens, für das die Flüssigkeit 105 prozessiert wird. Die Ursache von Luftblasen in mikrofluidischen Systemen wie der mikrofluidischen Vorrichtung 100 kann auch eingeschlossene Luft in
Trockenreagenzien oder Beads sein, die erst beim Auflösen eines Beads in Form von Blasenbildung in Erscheinung tritt. Zudem kann Luft im mikrofluidischen System wie der mikrofluidischen Vorrichtung 100 auch nach Befüllen der Kanäle mit Flüssigkeit 105 immer zu einem geringen Teil im System verbleiben. Daher ist es vorteilhaft, das Schwingen der Membran 130 auch temporär bei dem Prozessieren der Flüssigkeit 105 einzusetzen, um systembedingte Blasenbildung dauerhaft zu unterdrücken, auch wenn die Flüssigkeit 105 nicht lokal beheizt wird.
Die Figuren 5a bis 5c zeigen eine schematische Darstellung einer
mikrofluidischen Vorrichtung 100 zum Prozessieren einer Flüssigkeit 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Querschnitte der mikrofluidischen Vorrichtung 100 zeigen jeweils eine Prozessierungs-Situation. Die Flüssigkeit 105 wird hier beim Prozessieren aufgeschäumt. Das Aufschäumen eines kleinen
Flüssigkeitsvolumens erfolgt durch eine Beanspruchung der flexiblen Membran 130 mit einem Differenzüberdruck, also mittels einem Schwingen der Membran 130 durch pneumatische Aktuierung. Das Aufschäumen der Flüssigkeit 105 kann erfolgen, um Luftblasenbildung durch das Einstellen von turbulenten Strömungen insofern minimieren zu können, indem größere Luftblasen aufgeschäumt werden und sich damit eingeschlossene Luft besser im Flüssigkeitsvolumen der
Flüssigkeit 105 löst, was bei auf das Prozessieren der Flüssigkeit 105 folgenden Bindungsmechanismen oder anschließenden Auslesungen bzw. Detektionen von Vorteil sein kann. Ferner kann das Aufschäumen der Flüssigkeit 105 erfolgen, um durch das kontrollierte Einstellen von Strömungsverhältnissen der Flüssigkeit 105 bei einem kleinen Flüssigkeitsvolumen bei gleichzeitig hohem Gas- oder Luftanteil eine Schaumbildung zu forcieren, um damit eine Maximierung der Oberfläche der zu prozessierenden Flüssigkeit 105 zu gewähren. Dies bietet Vorteile für diffusionsgetriebene Vorgänge oder ist vorteilhaft für
Bindungsmechanismen, wenn nur kleinste Probenvolumina der Flüssigkeit 105 verfügbar sind, die aufgrund geringer Konzentrationen der zu detektierenden Bindemoleküle nicht weiter verdünnt werden können. In den folgenden Figuren 5a bis 5c ist beispielhaft ein solches Aufschäumen der Flüssigkeit 105 gezeigt.
Fig. 5a zeigt die Flüssigkeit 105 mit einem geringen Flüssigkeitsvolumen im Fluidikraum 135 der mikrofluidischen Vorrichtung 100. Das Flüssigkeitsvolumen der Flüssigkeit 105 weist einen vergleichsweise hohen Gas- oder Luftanteil auf. Gezeigt ist die Ausgangssituation des Prozessierens der Flüssigkeit 105 vor dem Aufschäumen. Die Membran 130 ist in Richtung der Fluidikkavität 120 ausgelenkt, durch einen Überdruck im Pneumatikraum 140 in Bezug auf den Druck im Fluidikraum 135. Der Überdruck im Pneumatikraum 140 kann durch das Anlegen des Überdrucks als ersten pneumatischen Druck am ersten Pneumatikkanal 145 und/oder als zweiten pneumatischen Druck am zweiten Pneumatikkanal 150 erzeugt werden.
Fig. 5b zeigt das Aufschäumen der Flüssigkeit 105 durch eine Beanspruchung der flexiblen Membran 130 mithilfe von Überdruck im Pneumatikraum 140 in Bezug auf den Druck im Fluidikraum 135. Durch das Anlegen von Überdruck als ersten pneumatischen Druck an den ersten Pneumatikkanal 145 und von sich vom ersten pneumatischen Druck unterscheidendem Überdruck als zweiten pneumatischen Druck an den zweiten Pneumatikkanal 145, also durch das Anlegen von Überdruck mit einer gewissen Druckdifferenz, lenkt sich die flexible Membran 130 aus und beginnt zu schwingen oder zu vibrieren, wie durch die Auslenkungen der Membran 130 gezeigt. Die Flüssigkeit 105 wird auf diese Weise je nach Druckdifferenz mit unterschiedlicher Intensität aufgeschäumt, was hier durch die kleinen Luftbläschen in der Flüssigkeit 105 dargestellt ist.
Fig. 5c zeigt eine weitere Prozessierphase des Aufschäumens der Flüssigkeit 105. Im Anschluss an das Schwingen der Membran 130 unter Überdruck wird Unterdrück angelegt. Dazu wird als erster pneumatischer Druck ein Unterdrück an den ersten Pneumatikkanal 145 in Bezug auf den Druck im Fluidikraum 135 angelegt. Zusätzlich kann als zweiter pneumatischer Druck ein Unterdrück an den zweiten Pneumatikkanal 150 angelegt werden, wodurch eine gleichmäßige Auslenkung der Membran 130 in Richtung der Pneumatikkavität 115 erreicht werden kann, wie hier gezeigt. Durch den angelegten Unterdrück und die Auslenkung der Membran 130 kann sich der Schaum 505 der Flüssigkeit 105 weiter im Fluidikraum 135 ausbreiten und steht für eine weitere mikrofluidische Prozessierung bereit. Die forcierte Schaumbildung kann für diffusionsgetriebene Vorgänge oder Bindungsmechanismen vorteilhaft sein, wenn eine Maximierung der Oberfläche der Flüssigkeiten 105 zielführend ist. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn nur kleinste Probenvolumina als Flüssigkeit 105 verfügbar sind und diese Probenvolumina aufgrund geringer Konzentrationen der zu detektierenden DNA der Probe nicht weiter verdünnt werden können. Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung 100 zum Prozessieren einer Flüssigkeit gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist das Pneumatik-Substrat 110 mit der Pneumatikkavität 115 und das Fluidik-Substrat 120 mit der Fluidikkavität 125, sowie die flexible Membran 130 in einer Querschnittansicht der mikrofluidischen Vorrichtung 100. Der Fluidikraum kann der Fluidikkavität 125 und der Pneumatikraum der Pneumatikkavität 115 entsprechen. Nicht gezeigt sind zu- und abführende Fluidikkanäle zur
Fluidikkavität 125. Beispielsweise kann die Fluidikkavität 125 mit einem zuführenden Kanal und einem abführenden Kanal zur Befüllung ausgestattet sein.
Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel münden der erste
Pneumatikkanal 145 und der zweite Pneumatikkanal 150 in die Pneumatikkavität 115. Der zweite Pneumatikkanal 150 ist durch das Pneumatik-Substrat 110 geführt und mündet mittig auf der der Membran 130 gegenüberliegenden Seite in die Pneumatikkavität 115.
Der erste Pneumatikkanal 145 umfasst gemäß dem hier gezeigten
Ausführungsbeispiel eine Pneumatikkapillare 605. Die Pneumatikkapillare 605 ist ausgeformt, um Druck längs der Membran 130 in den Pneumatikraum
einzuleiten. Die Pneumatikkapillare 605 ist entsprechend in der gleichen Ebene oder parallel zu der Ebene der Membran 130 oder zumindest in einem sehr flachen Winkel zur Membran 130 geführt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel bildet die Membran 130 einen Boden der Pneumatikkapillare 605. Somit kann die Pneumatikkapillare 605 als Nut in dem Pneumatik-Substrat 110 ausgeformt sein. Hier ist die Pneumatikkapillare 605 als Abschnitt des ersten Pneumatikkanals 145, der in die Pneumatikkavität 115 mündet, ausgeführt. Der zweite
Pneumatikkanal 150 kann alternativ eine entsprechende Pneumatikkapillare 605 umfassen.
Die Querschnittsfläche des erste Pneumatikkanals 145 und/oder des zweiten Pneumatikkanals 150 beträgt gemäß einem Ausführungsbeispiel weniger als 0,5 mm2. Das Schwingen der flexiblen Membran 130 kann besonders effektiv erreicht werden, wenn die Anströmung eines fluiden Druckmediums, beispielsweise Druckluft, das durch den ersten Pneumatikkanal 145 und/oder den zweiten Pneumatikkanals 150 in den Pneumatikraum der Pneumatikkavität 115 eingeleitet werden kann, durch die Pneumatikkapillare 605 mit einem kleinen Querschnitt erfolgt, z.B. mit einer Querschnittsfläche nicht größer als 0,5 mm2, z.B. 0,2 mm2. Die Druckluft tritt in diesem Fall wie aus einer Düse in die
Pneumatikkavität 115 ein und das Entstehen von Verwirbelungen und
Oszillationen wird begünstigt.
Zudem kann das das Schwingen der flexiblen Membran 130 besonders effektiv erreicht werden, wenn die Pneumatikkapillare 605 nahe der Ebene der flexiblen Membran 130 in die Pneumatikkavität 115 mündet, so dass die Luft in flachem Winkel oder parallel zur flexiblen Membran 130 in die Pneumatikkavität 115 eintritt, wie hier gezeigt.
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung 100 zum Prozessieren einer Flüssigkeit gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das hier gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht dem in der vorhergehenden Figur 6 gezeigtem Ausführungsbeispiel mit Ausnahme der Ausformung der
Pneumatikkapillare zum fluidischen Verbinden des ersten Pneumatikkanals 145 mit der Pneumatikkavität 115. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Pneumatikkapillare durch eine Auslenkung der Membran 130 in eine
Ausnehmung 705 im Fluidiksubstrat 120 ausformbar. Die Ausnehmung 705 kann ein Hohlraum, insbesondere eine Nut sein. Die Pneumatikkapillare wird gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel nur dann ausgeformt, wenn die
Membran 130 in die Ausnehmung 705 ausgelenkt ist. Die Pneumatikkapillare wird somit als ein variabler Bereich ausgebildet, in dem die flexible Membran 130 nicht mit dem Pneumatiksubstrat 110 verbunden ist und von dem
Pneumatiksubstrat 110 aus in die Ausnehmung 705 im Fluidiksubstrat 120 ausgelenkt werden kann. Dies kann beispielsweise durch Anlegen eines
Überdrucks an den ersten Pneumatikkanal 145 erfolgen. In der in Figur 7 gezeigten Situation ist die flexible Membran 130 entspannt und die
Pneumatikkapillare ist nicht ausgebildet. Diese Situation stellt sich beispielsweise ein, wenn in den Pneumatikkanälen 145, 150 der gleiche Druck wie oder ein geringerer Druck als in der Fluidikkavität 125 herrscht. In der nachfolgend in Figur 8 gezeigten Situation ist die flexible Membran 130 in die Ausnehmung 705, also den Hohlraum bzw. die Nut ausgelenkt und die Pneumatikkapillare ist ausgebildet. Diese Situation kann erreicht werden, indem an die
Pneumatikkanäle 145, 150 ein höherer Druck als an der Fluidikkavität 125 angelegt wird. Die Ausnehmung 705 im Fluidiksubstrat 120 kann identisch mit einem zu- oder abführenden Kanal zur Befüllung der Fluidikkavität 125 sein. Dies bedeutet, dass die flexible Membran 130 beim Anliegen eines Überdrucks am ersten Pneumatikkanal 145 in den fluidführenden Kanal ausgelenkt werden kann. Durch die hier gezeigte mögliche Ausformung der Pneumatikkapillare kann das Schwingen der flexiblen Membran 130 besonders effektiv erreicht werden.
Die Ausnehmung 705 erstreckt sich gemäß einem Ausführungsbeispiel von einem dem ersten Pneumatikkanal 145 gegenüberliegenden Bereich des
Fluidiksubstrats 120 bis zu der Fluidikkavität 125. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel liegt die Membran 130 im entspannten Zustand im Bereich der Ausnehmung 705 lose an einer der Ausnehmung 705 gegenüberliegenden Oberfläche des Pneumatiksubstrats 110 an. Ein sich im Bezug auf die Membran 130 aufseiten des Fluidik-Substrats 120 befindlicher Bereich der Ausnehmung 705 ist durch die Membran 130 fluidisch von einem sich im Bezug auf die Membran 130 aufseiten des Pneumatik-Substrats 110 befindlichen Bereich der Ausnehmung 705 und somit von dem ersten Pneumatikkanal 145 abgetrennt.
Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung der in Figur 7 gezeigten
mikrofluidischen Vorrichtung 100 zum Prozessieren einer Flüssigkeit gemäß einem Ausführungsbeispiel. In der hier gezeigten Situation ist die Auswölbung der flexiblen Membran 130 in die Ausnehmung 705 im Fluidiksubstrat 120 hinein gezeigt, wodurch sich eine Pneumatikkapillare 605 ausbildet. Unter der
Annahme, dass in der Fluidikkavität 125 und in der Ausnehmung 705 ein Druck pO, z.B. Atmosphärendruck, herrscht, kann diese Situation beispielsweise erreicht werden, indem an den ersten Pneumatikkanal 145 ein Überdruck pl>p0 angelegt wird. In einer Ausführungsform wird am zweiten Pneumatikkanal 150 ein zweiter Druck p2 < pl angelegt. Dies hat den Vorteil, dass ein Luftstrom vom ersten Pneumatikkanal 145 durch die Pneumatikkapillare 605 in die
Pneumatikkavität 140 erzeugt wird, wodurch das Schwingen der flexiblen Membran 130 besonders effektiv erreicht werden kann. Die Auslenkung der Membran 130 kann eine Schwingung der Membran 130 umfassen, durch das Anlegen des ersten pneumatischen Drucks an den ersten Pneumatikkanal 145. Durch die Rückstellkraft der Membran 130 kann auf diese Weise ein Entstehen von Oszillationen begünstigt werden. Die Druckverhältnisse können auch so dimensioniert sein, dass sich die flexible Membran 130 im Verlauf der
Schwingung periodisch wieder vollständig an das Pneumatiksubstrat 110 anlegt und die Pneumatikkapillare 605 somit nur transient ausgebildet wird. Das System oszilliert somit zwischen den in Figuren 7 und 8 gezeigten Zuständen. Aufgrund der Auslenkung der flexiblen Membran 130 in die Nut 705 hinein, kann ein Druckmedium über den ersten Pneumatikkanal 145 in den Pneumatikraum 140 hineingeleitet werden. Der Druck p2 kann auch kleiner als pO sein, was im Wesentlichen dem Anlegen von Vakuum an den zweiten Pneumatikkanal 150 entspricht.
Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung 100 zum Prozessieren einer Flüssigkeit gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist eine weitere Situation des in der vorhergehenden Figur 8 gezeigten Ausführungsbeispiels. Das Anlegen des ersten pneumatischen Druck an den ersten Pneumatikkanal 145 kann mittels des Einlesens eines fluiden
Druckmediums, beispielsweise Druckluft, erfolgen. Dabei kann der Luftstrom der Druckluft so einstellt sein, dass sich, wie hier gezeigt, jeweils diskrete
Luftvolumen oder Luftblasen 905 an oder unter der flexiblen Membran 130 bilden. Diese Luftvolumen oder Luftblasen 905 können dann schlagartig, z.B. mit einer Frequenz zwischen 1 und 20 Hz, in Richtung der Kammer bestehend aus der Pneumatikkavität 115 und der Fluidikkavität 125 entweichen, so dass die flexible Membran 130 in der Kammer periodisch in Schwingung versetzt wird. Somit wird keine durchgängig von dem ersten Pneumatikkanal 145 zu der Pneumatikkavität 115 führende Pneumatikkappilare ausgeformt, wie es in Figur 8 gezeigt ist, sondern lediglich ein sich in Richtung der Fluidikkavität 125 bewegender Abschnitt der Pneumatikkappilare.
Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung 100 zum Prozessieren einer Flüssigkeit gemäß einem Ausführungsbeispiel. Mit Ausnahme der Ausformung des Hohlraums bzw. der Nut 705 im Fluidiksubstrat 120entspricht das hier gezeigte Ausführungsbeispiel dem in Figur 7 gezeigtem Ausführungsbeispiel. Zusätzlich weist die mikrofluidische Vorrichtung 100 zudem die Fluidikkapillare 165 zum Einleiten der Flüssigkeit in den Fluidikraum der Fluidikkavität 125 auf, wobei ein sich zwischen dem ersten Pneumatikkanal 145 und der Fluidikkavität 125 erstreckender Abschnitt der Fluidikkapillare 165 hier gleichzeitig die Funktion der Ausnehmung 705 wahrnimmt. Gezeigt ist zudem ein Ausführkanal 1005 zum Ausleiten der Flüssigkeit aus dem Fluidikraum der Fluidikkavität 125.
Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel mündet die Fluidikkapillare 165 in die Ausnehmung 705 oder bildet die Ausnehmung 705 aus, wobei die
Membran 130 den ersten Pneumatikkanal 145, der mit der durch die Auslenkung der Membran 130 gebildete Pneumatikkapillare 605 verbunden ist, fluidisch von der Fluidikkapillare 165 trennt. Der Hohlraum, hier die Ausnehmung705 kann somit während die Pneumatikkapillare 605 ausgeformt ist gleichzeitig auch als flüssigkeitsführender Kanal verwendet werden, um die Fluidikkavität 125 mit Flüssigkeiten zu befüllen. Diese Ausführung ermöglicht vorteilhafterweise eine kompakte Bauweise. Gemäß einem Ausführungsbeispiel erstreckt sich die flexible Membran 130 im entspannten Zustand entlang der Decke der
Ausnehmung 705 und der Fluidikkapillare 165. Im Bereich der Fluidikkapillare 165 ist die flexible Membran 130 gemäß einem Ausführungsbeispiel an dem Pneumatik-Substrat 110 befestigt. Im Bereich der Ausnehmung 705 liegt die flexible Membran 130 gemäß einem Ausführungsbeispiel im entspannten Zustand lösbar an dem Pneumatik-Substrat 110 an, sodass ein durch den ersten Pneumatikkanal 145 eingeleitetes Druckmedium die flexible Membran 130 in die Ausnehmung 705 hinein auslenken und somit in die Pneumatikkavität 115 gelangen kann.
Fig. 11 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1100 zum Prozessieren einer in einem Fluidikraum angeordneten Flüssigkeit unter Verwendung einer flexiblen Membran gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um eine Membran handeln, wie sie anhand der vorangegangenen Figuren beschrieben ist. Die Membran ist dazu ausgebildet, um einen sich zumindest teilweise in eine Fluidikkavität erstreckenden Fluidikraum und einen sich zumindest teilweise in eine Pneumatikkavität erstreckenden Pneumatikraum fluidisch voneinander zu trennen. Das Verfahren 1100 umfasst zumindest einen Schritt 1101 des
Anlegens eines ersten pneumatischen Drucks an den Pneumatikraum und einen Schritt 1103 des Anlegens eines zweiten pneumatischen Drucks an den Pneumatikraum, wobei sich der zweite pneumatische Druck von dem ersten pneumatischen Druck unterscheidet, um zum Prozessieren der Flüssigkeit eine Schwingung der flexiblen Membran zu bewirken.
Das Verfahren 1100 kann zudem einen Schritt 1105 des Anlegens eines Unterdrucks in Bezug auf den Druck in der Pneumatikkavität als den ersten pneumatischen Druck an den Pneumatikraum und/oder eines Unterdrucks in Bezug auf den Druck in der Pneumatikkavität als den zweiten pneumatischen Druck an den Pneumatikraum umfassen, um durch eine Wölbung der flexiblen Membran in die Pneumatikkavität eine Vergrößerung des Fluidikraums zu bewirken, um die Flüssigkeit in den Fluidikraum einzuleiten. Der Schritt 1105 wird optional vor dem Schritt 1101 und/oder nach dem Schritt 1103 durchgeführt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der Schritt 1105 ausgeführt, um die Flüssigkeit in den Fluidikraum einzuleiten, und im Anschluss daran werden der Schritt 1101 und der Schritt 1103 ausgeführt, um eine im Fluidikraum
vorgelagerte Flüssigkeit oder eine im Fluidikraum vorgelagerte Trockenreagenz mittels einer Schwingung der flexiblen Membran mit der im Schritt 1105 eingeleiteten Flüssigkeit zu vermischen. Nachfolgend wird der Schritt 1105 erneut ausgeführt, um die durch die Wölbung der flexiblen Membran bewirkte Vergrößerung des Fluidikraums aufrechtzuerhalten oder erneut herbeizuführen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Schritt 1105 ausgeführt, um die Flüssigkeit in den Fluidikraum einzuleiten. Anschließend werden der Schritt 1101 und der Schritt 1103 durchgeführt, um mittels der Schwingung der flexiblen Membran turbulente Strömungen in der Flüssigkeit zu erzeugen, um eine Luftblasenbildung in der Flüssigkeit zu reduzieren oder zu vermeiden.
Der Schritt 1101 und der Schritt 1103 erfolgen gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel auch um eine im Fluidikraum vorgelagerte Flüssigkeit mit einem geringen Flüssigkeitsvolumen und einem verhältnismäßig hohem Luft oder Gasanteil mittels einer Schwingung der flexiblen Membran aufzuschäumen. Der Schritt 1105 wird in diesem Fall anschließend ausgeführt, um mittels der Wölbung der flexiblen Membran die Vergrößerung des Fluidikraums
herbeizuführen, um eine Ausbreitung des erzeugten Schaums zu ermöglichen. 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

Ansprüche
1. Mikrofluidische Vorrichtung (100) zum Prozessieren zumindest einer Flüssigkeit (105; 205, 207; 305, 306), wobei die mikrofluidische Vorrichtung (100) zumindest folgende Merkmale aufweist: ein Pneumatik-Substrat (110) mit einer Pneumatikkavität (115); ein Fluidik-Substrat (120) mit einer Fluidikkavität (125) zum Aufnehmen der Flüssigkeit (105; 205, 207; 305, 306), wobei die Fluidikkavität (125) der Pneumatikkavität (115) gegenüberliegend angeordnet ist; eine flexible Membran (130), die zwischen dem Pneumatik-Substrat (110) und dem Fluidik-Substrat (120) angeordnet ist, und dazu ausgebildet ist, um einen sich zumindest teilweise in die Fluidikkavität (125) erstreckenden Fluidikraum (135) und einen sich zumindest teilweise in die Pneumatikkavität (115) erstreckenden Pneumatikraum (140) fluidisch voneinander zu trennen; und einen ersten Pneumatikkanal (145) zum Anlegen eines ersten pneumatischen Drucks an den Pneumatikraum (140) und einen zweiten Pneumatikkanal (150) zum Anlegen eines zweiten pneumatischen Drucks an den Pneumatikraum (140).
2. Mikrofluidische Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, wobei der erste Pneumatikkanal (145) und/oder der zweite Pneumatikkanal (150) in die Pneumatikkavität (115) mündet.
3. Mikrofluidische Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der erste Pneumatikkanal (145) und/oder der zweite Pneumatikkanal (150) durch eine der Membran (130)
gegenüberliegende Decke (160) der Pneumatikkavität (115) geführt ist.
4. Mikrofluidische Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der erste Pneumatikkanal (145) und der zweite Pneumatikkanal (150) an einander gegenüberliegenden Seiten der Pneumatikkavität (115) in die Pneumatikkavität (115) münden, oder wobei der zweite Pneumatikkanal (150) mittig in die Pneumatikkavität (115) mündet.
5. Mikrofluidische Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der erste Pneumatikkanal (145) und/oder der zweite Pneumatikkanal (150) ein Querschnittsfläche von weniger als 0,5 mm2 aufweist.
6. Mikrofluidische Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Fluidikkapillare (165) zum Einleiten zumindest einer Flüssigkeit (105; 205; 305) in den Fluidikraum (135).
7. Mikrofluidische Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der erste Pneumatikkanal (145) eine
Pneumatikkapillare (605) umfasst, und wobei die Pneumatikkapillare (605) ausgeformt ist, um Druck längs der Membran (130) in den Pneumatikraum (140) einzuleiten.
8. Mikrofluidische Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Fluidik-Substrat (120) eine in die Fluidikkavität (125) mündende Ausnehmung (705) aufweist, wobei die Membran (130) in die Ausnehmung (705) hinein auslenkbar ist, um eine Pneumatikkapillare (605) als einen zwischen dem Pneumatiksubstrat (110) und der Membran (130) angeordneten variablen Bereich auszuformen.
9. Mikrofluidische Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 8, wobei die
Fluidikkapillare (165) in die Ausnehmung (705) mündet, wobei die Membran (130) den ersten Pneumatikkanal (145) fluidisch von der Fluidikkapillare (165) trennt.
10. Mikrofluidische Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche mit einer Druckeinrichtung (155), die mit dem ersten
Pneumatikkanal (145) und dem zweiten Pneumatikkanal (150) gekoppelt ist und ausgebildet ist, um den ersten pneumatischen Druck an den ersten Pneumatikkanal (145) und den zweiten pneumatischen Druck an den zweiten Pneumatikkanal (150) anzulegen.
11. Mikrofluidische Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 10, wobei die
Druckeinrichtung (155) ausgebildet ist, um einen ersten Unterdrück in Bezug auf den Druck in der Fluidikkavität (125) als den ersten pneumatischen Druck an den ersten Pneumatikkanal (145) anzulegen und einen zweiten Unterdrück in Bezug auf den Druck in der
Fluidikkavität (125) an den zweiten Pneumatikkanal (150) als den zweiten pneumatischen Druck anzulegen, wobei der zweite Unterdrück ein anderes Druckniveau als der erste Unterdrück aufweist, um ein Schwingen der durch den ersten und zweiten Unterdrück in Richtung der Pneumatikkavität (115) gewölbten Membran (130) zu bewirken.
12. Mikrofluidische Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei die Druckeinrichtung (155) ausgebildet ist, um einen Unterdrück in Bezug auf den Druck in der Pneumatikkavität (115) als den ersten pneumatischen Druck an den ersten Pneumatikkanal (145) anzulegen und/oder um einen Unterdrück in Bezug auf den Druck in der
Pneumatikkavität (115) als den zweiten pneumatischen Druck an den zweiten Pneumatikkanal (150) anzulegen, um durch eine Wölbung der flexiblen Membran (130) in die Pneumatikkavität (115) eine
Vergrößerung des Fluidikraums (135) zu bewirken, um zumindest eineFlüssigkeit (105; 205; 305) in den Fluidikraum (135) einzuleiten.
13. Mikrofluidische Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Druckeinrichtung (155) ausgebildet ist, um einen ersten Überdruck in Bezug auf den Druck in der Fluidikkavität (125) als den ersten pneumatischen Druck an den ersten Pneumatikkanal (145) anzulegen und einen zweiten Überdruck in Bezug auf den Druck in der Fluidikkavität (125) als den zweiten pneumatischen Druck an den zweiten Pneumatikkanal (150) anzulegen, wobei der zweite Überdruck ein anderes Druckniveau als der erste Überdruck aufweist, um ein Schwingen der durch den ersten und zweiten Überdruck in Richtung der Fluidikkavität (125) gewölbten Membran (130) zu bewirken.
14. Verfahren (1100) zum Prozessieren zumindest einer in einem
Fluidikraum (135) angeordneten Flüssigkeit (105; 205, 207; 305, 306) unter Verwendung einer flexible Membran (130), wobei die Membran (130) dazu ausgebildet ist, um einen sich zumindest teilweise in eine Fluidikkavität (125) erstreckenden Fluidikraum (135) und einen sich zumindest teilweise in eine Pneumatikkavität (115) erstreckenden Pneumatikraum (140) fluidisch voneinander zu trennen, wobei das Verfahren (1100) zumindest die folgenden Schritt umfasst:
Anlegen (1101) eines ersten pneumatischen Drucks an den
Pneumatikraum (140); und
Anlegen (1103) eines zweiten pneumatischen Drucks an den
Pneumatikraum (140), wobei sich der zweite pneumatische Druck von dem ersten pneumatischen Druck unterscheidet, um zum Prozessieren der zumindest einen Flüssigkeit (105; 205, 207; 305, 306) eine
Schwingung der flexiblen Membran (130) zu bewirken.
15. Verfahren (1100) gemäß Anspruch 14, mit einem Schritt (1105) des Anlegens eines Unterdrucks in Bezug auf den Druck in der
Pneumatikkavität (115) als den ersten pneumatischen Druck an den Pneumatikraum (140) und/oder eines Unterdrucks in Bezug auf den Druck in der Pneumatikkavität (115) als den zweiten pneumatischen Druck an den Pneumatikraum (140), um durch eine Wölbung der flexiblen Membran (130) in die Pneumatikkavität (115) eine
Vergrößerung des Fluidikraums (135) zu bewirken, um zumindest eine Flüssigkeit (105; 205; 305) in den Fluidikraum (135) einzuleiten.
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