WO2010086328A1 - Mikrofluidischer chip mit druckmesseinrichtung - Google Patents

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WO2010086328A1
WO2010086328A1 PCT/EP2010/050924 EP2010050924W WO2010086328A1 WO 2010086328 A1 WO2010086328 A1 WO 2010086328A1 EP 2010050924 W EP2010050924 W EP 2010050924W WO 2010086328 A1 WO2010086328 A1 WO 2010086328A1
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WO
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microfluidic chip
measuring channel
channel
chip
base plate
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/050924
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias Baier
Rainer Gransee
Friedhelm SCHÖNFELD
Frithjof Von Germar
Original Assignee
INSTITUT FüR MIKROTECHNIK MAINZ GMBH
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Filing date
Publication date
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    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01L3/502715—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 interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces

Definitions

  • the invention relates to a microfluidic chip with a base plate, in which at least one fluid line for receiving a fluid sample and an integrated pressure measuring device are arranged.
  • a microfluidic chip in the sense of this publication is in the order! flat component, typically in check-card format, whose base plate consists in particular of a polymer material and preferably of a transparent polymer material, in which the at least one Fiuid réelle is incorporated in a conventional manner by injection molding, hot stamping, EDM or milling.
  • fluid lines are to be understood as meaning any forms of cavities for guiding or storing fluid samples, in particular channels or microchannels, but also other cavities in the chip in which the fluid sample is stored, for example, or a mechanical, thermal, chemical or biological process can be subjected.
  • other microstructures such as micropumps, actuators, sensors, diaphragms, agitators or the like may be provided in the microfluidic chip.
  • the microfluidic chip can generally be used for chemical synthesis and analysis as well as for medical diagnostics in the laboratory or on-site, in particular for synthesis and / or miniaturization
  • a very controlled flow rate of the fluid sample and, thus, precisely defined pressure conditions in the system of fluid lines are important. Cases of importance to determine pressure changes due to reaction processes within the system of fluid lines and / or quantitatively evaluate. In both cases, pressure monitoring or pressure measurement is required.
  • Pressure sensors for measuring pressure in a microfluidic chip are already known. Either external pressure gauges and sensors of known type are connected by means of connecting line to the Fiuid für in the microfluidic chip or there are internal pressure sensors in the form of piezo elements or capacitive components are used, which are arranged in the immediate vicinity of Fiuid für and their signal from the Microfluidic chip is led to the display of the pressure to the outside. Exemplary applications of piezoelectric sensors are described in the article "Micromachined Channel / Pressure Sensor Systems for Micro Flow Studies," J.
  • a disadvantage of the aforementioned external pressure gauges is mainly the cumbersome handling, the susceptibility to contamination due to the necessary external fluidic connection and the often large dead volumes of the sensors as well as the associated with the pressure gauge high additional costs.
  • the internal pressure sensor of the type described above increases the manufacturing cost of the microfluidic chip.
  • Another integrated in the chip device for measuring a relative pressure change is known from the publication WO 2007/014336 A1. This is designed so that a fluid sample and a control liquid are introduced in parallel into a measuring chamber, so that they flow in a laminar flow side by side, thereby forming a stable interface. A pressure change in the sample channel leads to a displacement of this interface, which can be detected with a suitable detection device.
  • this device allows only a measurement of the relative pressure change between the pressure in the flow of the fluid sample and the pressure in the stream of the test liquid.
  • An absolute measurement assumes that the pressure in the stream of test liquid is very accurately known and constant.
  • the parallel supply of a control liquid requires considerable additional equipment.
  • the microfluidic chip has a base plate in which at least one fluid line for receiving a fluid sample and an integrated pressure measuring device are arranged, wherein the pressure measuring device has a measurement channel open on one side at its open end is in communication with the fluid line and in which at its dead end a compressible fluid is trapped.
  • a fluid sample is passed through the microfluidic chip under normal pressure and is present in the mouth region of the measuring channel open on one side, it encloses an amount of the compressible fluid corresponding to the volume of the measuring channel therein.
  • Compressible fluid is preferably air, since the fluid conduits will normally be filled with air before the fluid sample is introduced. Basically, it is only on the property of compressibility, so that, for example, other gases come into question. In the following, for simplification, the enclosed compressible fluid is therefore also referred to as a gas bubble.
  • the volume in the above formula can be replaced by the length of the gas bubble trapped in the dead end of the blind channel.
  • the principle is known as Boyle-Mariotte'sches principle and is used for example in a depth gauge in diving. In a microfluidic chip it is not used so far. In the application according to the invention, it has the advantage over the known pressure measurement methods that it enables a completely contamination-free measurement in a simple manner.
  • the measuring channel is formed by a groove in the base plate, which is closed on its upper side by means of a cover relative to the environment.
  • the measuring channel is so far incorporated in the same way as a groove in the base plate of the microfluidic chip, as typically also the channel-shaped fluid lines.
  • the entire microstructure, including the measuring channel can be incorporated into the chip in a single simple operation.
  • the closure of the microstructure by means of a cover applied to the base plate, preferably a cover foil, is known per se in the manufacture of microfluidic chips
  • the groove of the channel open on one side has a rounded groove bottom.
  • a rounded groove base in the sense of the invention is understood to be a groove cross-section in the region of the groove base which has a rounded corner profile or at least a semicircular profile section between two adjacent straight profile sections.
  • the purpose of the rounded profile of the groove is to avoid that the fluid sample, due to the capillary effect, extends along groove edges in the groove. in a controlled manner in the measuring channel penetrates ("creeps"), whereby the measurement result may be falsified depending on the surface tension of the fluid sample or the wettability of the surface of the blind channel .. In particular, this measure increases the reproducibility of the measurements
  • the unilaterally open channel is formed by a slot in the base plate, which is completed on its top and bottom by means of a cover from the environment.
  • the slot passes through the base plate from its top to bottom, so that the base plate forms neither on the top nor on the bottom of a boundary surface of the measuring channel. This is formed by the cover or foil.
  • a gap-shaped intermediate space is preferably formed between the base plate and the cover on both sides of the groove.
  • the gap-shaped gap can be formed on both sides, for example, by an oblique chamfer along the Nutoberkante or by a remote, flatter but wider groove.
  • the two-sided gap-shaped intermediate spaces are preferably arranged symmetrically to the main groove forming the actual measuring channel.
  • the purpose of such a configuration is to favor the previously described creeping or penetration of the fluid sample into the measuring channel. Since on the side of the cover an angular course of the profile edges of the closed groove by means of the cover is unavoidable and therefore also the creeping of the fluid can not be prevented by this Measure causes the fluid sample as far as possible completely penetrates to the dead end of the blind channel and thus reproducible.
  • the Kapiilar bin is thus deliberately reinforced by the formation of a very narrow gap instead of a square edge, in order to increase the reproducibility of the measurements. In this way, it is further prevented that a liquid plug settles in the interior of the channel, which encloses a separated bubble in the direction of the dead end of the channel.
  • the groove at the dead end of the measuring channel is rounded frontally.
  • edges and in particular corners would ensure that the fluid sample remains uncontrolled in the measuring channel at the latest after the first measurement or accumulates there to form a liquid plug, which can falsify subsequent measurements. This is avoided if just no such corners are formed in the measuring channel.
  • a gap-shaped intermediate space is formed on both sides of the upper edge of the groove and at the dead end of the one-sided open channel between the base plate and the cover, as in the case of the gap-shaped intermediate spaces
  • the accuracy and reproducibility of the measurement can be further improved by wetting the fluid line and forming the measuring channel in a non-wetting manner.
  • the channel open on one side has an enlarged cross-section in the region of its dead end.
  • a wider area of the channel than the predominant or middle channel cross-section is meant.
  • the increased cross-section provides a relatively large volume for the trapped compressible fluid, measured at the average volume of the channel, such that a volume change results in a relatively larger displacement of the fluid sample in the channel.
  • the sensitivity of the pressure measuring device in the region of the channel section increases with a smaller, preferably constant cross section.
  • the unilaterally open channel is meander-shaped folded or wound.
  • a folded or wound structure allows a longer measuring channel on a total of less stressed surface of the microfluidic chip. In this way, an increased sensitivity can also be generated.
  • the folded or wound structure can be used for increase the sensitivity with an enlarged cross-section at the end of the measuring channel.
  • the pressure measuring device preferably has a scale along the channel.
  • This scale can be calibrated by a calibration measurement for a reference fluid. This allows the immediate reading of absolute pressure values. With sufficiently careful design of the groove surfaces and the channel profile, calibration for a variety of fluids having different viscosities and surface tensions can provide reasonably accurate measurements. For a higher precision but also several calibration scales for different liquids along the channel can be provided. Alternatively, a tabular or computational correction of a read reading for different liquids can be made.
  • the pressure measuring device has means for optically reading out the fill level of the fluid sample in the channel open on one side.
  • the optical readout can take place under the irradiation of light both in the form of a measurement of the light component (transmission measurement) transmitted through the measurement channel and in the form of a measurement of the light component (reflection measurement) reflected at the interface of the measurement channel.
  • transmission measurement transmission measurement
  • reflection measurement reflection measurement
  • an absorption, scattering or refraction of the light could be detected in dependence on the presence or absence of the fluid sample in the measuring channel, in the latter an altered reflection behavior from a total reflection to the absence of any reflection.
  • the chip can be inserted in a predetermined manner into a suitable tes operator device with a light source and a light sensor can be used.
  • the means for optically reading the filling level comprise a defined light path through the chip, which crosses the measuring channel at least once.
  • the defined light path presupposes that in the region of the beam path the material of the chip is transparent to the incident light and no obstacles caused by the chip architecture obstruct the beam path. Furthermore, the defined light path causes an input and an output window for the light beam.
  • the light path can be oriented so that it crosses the measuring channel vertically. In this case, it can be determined whether the level and thus the pressure has reached a certain level (threshold measurement).
  • This arrangement thus works on the principle of the light barrier. Instead of the light barrier but also an intensity measurement of transmitted light can be made. This can in turn be done "digitally" by the light beam being transverse to a meander structure or a wound-up structure of the measurement channel and counting, as it were, how many times the light beam has passed the filled measurement channel Alternatively, the light beam can also be passed through the chip, that the latter passes through the measuring channel at least in sections in the longitudinal direction.
  • Such a threshold measurement may be sufficient, for example, for determining the time of a filter change.
  • the advantage is that after a single calibration (determination of the crossing point) a very good reproducibility is achieved, independent of fluctuations. conditions of the measuring environment, such as the intensity of the light source or the homogeneity of the fluid sample.
  • the light path can also be oriented so that it crosses the measuring channel at least on a section in the longitudinal direction. In this case, for example, by measuring the transmission component, a continuous determination of the level and thus the pressure.
  • an irradiated light beam can cross the measuring channel several times. This can be used so that, for example, several threshold values can be determined simultaneously in a single measurement.
  • the light path through the chip either crosses the measurement channel such that a light beam irradiated along the light path is reflected or refracted more or less strongly depending on the fill level at an interface of the measurement channel, or so that one along the light path irradiated light beam is absorbed or scattered more or less depending on the level.
  • the means for optical readout of the fill level along the optical light path have at least one deflection mirror integrated into the chip.
  • Deflection mirrors in a microfluidic chip for deflecting light emitted by the fluid sample or transmitted through the fluid sample are known, for example, from DE 10 2005 062 174 B3. These mirrors are easily realized by recesses or cavities in the base plate having a planar or curved interface at which the light beam depending on the refractive index of the base plate material and the inclination of the surface with respect to the direction of incidence of the light beam at a certain angle is reflected.
  • the deflecting mirrors can be formed by one or more interface sections of the measuring channel itself.
  • Such an embodiment is known from the patent DE 10 116 674 C2.
  • the incident along a path light at the interface of the fluid channel depending on the filling of the same and the angle of incidence of the light beam on the mirror surface is totally reflected, partially reflected or not reflected. In this way, depending on the arrangement of the light source and the detectors in the operator device, a statement can be made as to whether or not the fill level of the fluid sample in the measurement channel reaches to a certain level.
  • the purpose of deflecting mirrors is to redirect (vertically) transversely irradiated light from above or below into the plane of the chip.
  • the deflection mirrors can be realized in a simple manner, that is, with only one light source and / or only one sensor, several light barriers simultaneously with which the reaching of different threshold values can be detected.
  • the base plate is made of a transparent polymeric material.
  • This choice of material has the advantage of combining a cost-effective production with a continuous transparency.
  • silicon and / or glass may also be used for the base plate and / or the cover.
  • the compressible fluid enclosed in the dead end of the measuring channel is air.
  • the optical readout can also be done by (in the operator device) when flat illumination of the chip, a CCD camera generates a planar or linear image, which then in the form of pattern recognition or Ko ⁇ trastanalysis to determine the position the meniscus is evaluated electronically.
  • the fill level of the fluid sample in the measurement channel can also be read capacitively.
  • the capacitive readout is also contactless and thus contamination-free.
  • the readout can also be made by determining the conductivity in the measurement channel.
  • Figure 1 is a schematic plan view of a microfluidic chip with integrated pressure measuring device according to a first embodiment
  • FIG. 2 shows a detail of a microfluidic chip with integrated pressure measuring device according to a second embodiment
  • FIG. 3 shows a cross section through the measuring channel of the pressure measuring device which is open on one side according to a first embodiment
  • FIG. 4 shows a cross section through the measuring channel of the pressure measuring device according to a second embodiment
  • FIG. 5 shows a cross section through the measuring channel of the pressure measuring device according to a third embodiment
  • Figure 6 is a schematic diagram illustrating a first optical readout method across the measuring channel
  • Figure 7A is a schematic diagram illustrating a second optical readout method along a portion of the measurement channel when there is no fluid sample in it;
  • FIG. 7B shows the same view as FIG. 7A with a fluid sample present in the measuring channel section
  • Figure 8 is a graph plotting the change in length of a gas bubble trapped in the measurement channel versus a pressure increase when water is used as the fluid sample
  • Figure 9 shows a diagram in which the change in length of a gas bubble trapped in the measuring channel is plotted against a pressure increase when an alcohol-based solution is used as the fluid sample.
  • FIG. 1 shows in a greatly simplified manner a microfluidic chip 100 having a base plate 110, in which a fluid line 112 for receiving a fluid sample is arranged.
  • the fluid line 112 is formed in this example by a meandering mixing section 114 and an outlet channel 116 adjoining it.
  • the Ausiasskanal 116 opens into an end-side outlet opening 118, from which the fluid sample can be removed.
  • two inlet channels 120, 122 are brought together.
  • the inlet channels each have an inlet opening 124, 126, can be entered through the two different fluids in the mixing section 114. Due to the multiple folding of the fluid line 112 in the region of the mixing section 114, a sufficiently long fluid line is formed, in which the two fluids (in the case of laminar flow) can be mixed by diffusion.
  • the microfluidic chip 100 has a measuring channel 128 which is branched off laterally from the fluid line 112 and is open on one side.
  • the measuring channel 128 is in fluid communication with the fluid line 112 with its open end 130. Opposite, it has a dead end from which an air bubble 134 trapped in the measurement channel 128 can not escape when the fluid line 112 is filled with a fluid sample.
  • the level of the fluid sample in the measurement channel 128 increases In other words, the length of the trapped air bubble 134 at a constant cross section of the measurement channel 128 behaves inversely proportional to the pressure in the fluid line 112. Therefore, the pressure can be read from the location of the interface or meniscus 136 that forms between the fluid sample and the air bubble 134.
  • the pressure measuring device has means for optically reading the filling level of the fluid sample in the measuring channel.
  • the means for optical readout comprise two deflecting mirrors 138, 140, via which one or more light beams irradiated transversely to the plane of the microfluidic chip 100 are deflected so as to pass through the measuring channel 128 and then again transversely to the surface of the microfluidic chip 100 leave this.
  • the Umienkspiegei 138, 140 thus define a light path through the chip 100. By intensity measurement of the exiting light beam can be closed on the level of Fiuidprobe in the measuring channel and thus the pressure.
  • FIG. 2 An alternative embodiment of the integrated pressure measuring device is shown in FIG. 2.
  • the detail shown of a microfluidic chip shows a fluid line 212 from which a measuring channel 228 branches off laterally.
  • the measuring channel 228 is folded meander-shaped and has an enlarged cross-section in the region of its dead end 232.
  • Both the extension of the measuring channel 228 intended thereby on the one hand and the increase in the total volume of the measuring channel ensure that the sensitivity of the pressure measuring device is increased compared to the simple embodiment of the measuring channel 128 in FIG.
  • the purpose of the meander-shaped folding of the measuring channel 228 is also that a light path defined by means of the deflecting mirrors 238, 240 crosses the measuring channel 228 several times.
  • the intensity of the detected light is thus approximately inversely proportional to the pressure in the fluid line 212.
  • FIGS. 3 to 5 show three different cross sections of the measuring channel according to the invention.
  • Figure 3 shows an embodiment in which the measuring channel 328 is incorporated in the form of a groove in a base plate 310.
  • the groove is closed on its upper side by a cover 342 in the form of a foil covering the microfluidic chip relative to the environment.
  • the groove of the measuring channel 128 has a substantially rectangular cross section with a groove bottom 344 and two lateral boundary walls 346, 348.
  • the groove bottom 344 is rounded. That is, in this case, that the lateral boundary walls 346, 348 in the form of a radius in the groove bottom 344 pass over and thus form no sharp profile corners. This prevents the fluid sample from creeping uncontrollably into the measuring channel 328 as a function of the wetting of the measuring channel surface and thus falsifying the measurement result as a function of, for example, the surface tension of the fluid sample.
  • the measuring channel 428 according to FIG. 4 has a gap-shaped intermediate space 450, 452 between the base plate 410 and the cover 442 on both sides of the groove. This gap is significantly smaller in cross-sectional area than the cross section of the actual measuring channel 428 and in particular significantly narrower. This causes a liquid present in the measuring channel 428, due to the capillary effect, first to penetrate in a controlled manner into the funnel-shaped intermediate spaces 450, 452.
  • the spaite-shaped intermediate spaces 450, 452 are limited in this example on the side of the base plate 410 by a sloping surface or chamfer becoming deeper towards the groove and on the side of the cover 442 by the cover itself.
  • the dimension of the funnel-shaped intermediate spaces is selected such that a complete wetting of the interspace up to the dead end of the measuring channel takes place largely independently of the surface tension of the fluid sample. This ensures that the same measuring conditions prevail independently of the fluid sample, which ensures a reproducible measurement.
  • Figure 5 shows a cross section of another embodiment of the measuring channel 528, which is formed by a slot in the base plate 510 and which is completed on its top and its underside by means of a cover 542, 543 from the environment.
  • a gap-shaped gap 550, 551, 552, 553 is formed both on the top and on the bottom between the base plate 510 and the respective cover 542.543 on both sides of the slot. Because of these functiform interspaces, it is also ensured in the geometry shown in FIG. 5 that the liquid creeping in the measuring channel caused by the capillary effect takes place in a controlled manner.
  • FIG. 6 shows a cross-section through an embodiment of the micro-fluidic chip in the region of the measuring channel 628. Furthermore, starting from a light source 660, a light path through the microfluidic chip is crossed, which crosses the measuring channel 628 in such a way that a light beam irradiated along the light path depends on is more or less strongly refracted by the level of the fluid sample in the measuring channel. Is the measuring channel 628 at the intersection with air filled, the light beam at the interface between the base plate material and the measuring channel is more strongly refracted and deflected in this way to an upper light path, so that it can be detected for example by means of a first detector 662.
  • the light beam at the interface between the base plate material! and the fluid sample is refracted less severely so that the light exits the baseplate on a second path and can be detected, for example, by a second detector 664.
  • FIG. 7A outlines the case in which no fluid sample is present in a measuring channel 728, that is, the channel is filled with the compressible fluid, preferably air.
  • FIG. 7B outlines the case in which no fluid sample is present in a measuring channel 728, that is, the channel is filled with the compressible fluid, preferably air.
  • FIG. 7B outlines the case in which no fluid sample is present in a measuring channel 728, that is, the channel is filled with the compressible fluid, preferably air.
  • Figure 7B with a filled fluid channel 728 is shown.
  • the light emitted by a light source 760 is coupled transversely to the plane of the microfluidic chip and deflected by a first deflection mirror 738 into the plane of the microfluidic chip.
  • the mirror 738 is formed by a planar interface between the base plate material of the microfluidic chip and a cavity, which is preferably filled with air.
  • the inclination of the interface in the illustration of Figures 7A and 7B is slightly more than 45 ° to the plane of the microfluidic chip, while the light is radiated at 90 ° to the plane of the chip and deflected at an acute angle to the plane of the chip. Both the direction of irradiation and the inclination of the deflection mirror can vary. It is crucial that, taking into account the refractive indices of the base plate material and the filling of the cavity at the interface, a total xion takes place and that the light is deflected so that it crosses the measuring channel 728.
  • the light beam does not cross the measuring channel 728 perpendicular to its longitudinal direction as in FIGS. 1 or 2 but in such a way that the light covers a path in the longitudinal direction in the measuring channel or at least a section of the measuring channel.
  • the beam paths for the cases described below are separated more strongly.
  • the light at the side interface 746 is refracted more than inside the measurement channel 728 due to the larger difference in refractive index between the base plate material and the gas Fail of Figure 7B, in which the measuring channel 728 is filled with the fluid sample.
  • FIG. 7A where the fluid sample is not present in the shown portion of the measurement channel, the light at the side interface 746 is refracted more than inside the measurement channel 728 due to the larger difference in refractive index between the base plate material and the gas Fail of Figure 7B, in which the measuring channel 728 is filled with the fluid sample.
  • the light is deflected so far from the input beam direction that it totally reflects at the interface with cover 742 and, after another refraction at the interface between measuring channel 728 and base plate 710, exits downwards out of the micro fluidic chip.
  • only a small refraction takes place in the case of the filled measuring channel 728 at the interface 746, so that the light beam runs almost linearly between the first deflecting mirror 738 and the second deflecting mirror 740.
  • After the light is totally reflected at the second deflection mirror 740, it also emerges on the underside of the microfluidic chip 710 and strikes a correspondingly positioned detector 762 for detecting the fill level.
  • the detector is arranged so that the light beam leaving the microfluidic chip in the case of FIG. 7A misses it. In this way, a statement can be made as to whether the measuring channel is filled or not.
  • FIG. 8 shows the results of two measurements with the pressure measuring device according to the invention using water as Fiuidprobe shown graphically.
  • FIG. 9 shows the graphs of three further test measurements with the same pressure measuring device using an alcohol-based fluid sample for comparison, in both diagrams the length of the trapped air bubble L (p) normalized to the total length of the measuring channel L 0 is plotted against the overpressure ⁇ p applied in the fluid channel.
  • the measurement was carried out by means of a pressure measuring device according to the invention with a measuring channel of the cross section according to FIG.
  • the results of FIGS. 8 and 9 show, individually as well as in comparison, that the measures for the geometric design of the channel cross-section ensure reproducible results largely independently of the investigated fluid sample.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Mikrofluidischen Chip (100) mit einer Grundplatte (110, 310, 410, 510, 610, 710), in der wenigstens eine Fluidleitung (112, 212) für die Aufnahme einer Fluidprobe und eine integrierte Druckmesseinrichtung angeordnet sind, wobei die Druckmesseinrichtung einen einseitig offenen Messkanal (128, 228, 328, 428, 528, 628, 728) aufweist, der an seinem offenen Ende (130) mit der Fluidleitung (112, 212) in Verbindung steht und in den an seinem toten Ende (132, 232) ein kompressibles Fluid eingeschlossen ist.

Description

MikrofEuidischer Chip mit Druckmesseinrichtung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen mikrofluidischen Chip mit einer Grundplatte, in der wenigstens eine Fluidleitung für die Aufnahme einer Fluidprobe und eine integrierte Druckmesseinrichtung angeordnet sind.
Ein mikrofluidischer Chip im Sinne dieser Druckschrift ist ein in der Rege! flaches Bauelement, typischerweise im Checkkartenformat, dessen Grundplatte insbesondere aus einem Polymermaterial und vorzugsweise aus einem transparenten Polymermaterial besteht, in welche die wenigstens eine Fiuidleitung in an sich bekannter Weise durch Spritzgussverfahren, Heißprägeverfahren, Erodierverfahren oder Fräsen eingearbeitet ist. Als Fluidleitung im Sinne dieser Druckschrift sind beliebige Formen von Kavitäten zum Führen oder Aufbewahren von Fluidpro- ben zu verstehen, insbesondere Kanäle oder Mikrokanäle aber auch sonstige Hohlräume in dem Chip, in denen die Fluidprobe beispielsweise gespeichert oder einem mechanischen, thermischen, chemischen oder biologischen Prozess unterzogen werden kann. Zusätzlich können andere Mikrostrukturen wie etwa Mikropumpen, Aktoren, Sensoren, Membranen, Rührelemente oder der gleichen in den mikrofluidischen Chip vorgesehen sein.
Der mikrofluidische Chip, gelegentlich auch als „Lab-on-a-Chip" bezeichnet, kann allgemein zur chemischen Synthese und Analyse genauso wie zur medizinischen Diagnostik im Labor oder vor Ort eingesetzt werden. Er zeichnet sich insbesondere aufgrund der Miniaturisierung zur Synthese und/ oder Analyse kleinster Substratmengen aus. Hierbei kommt es in Einzelfällen auf einen sehr kontrollierten Durchfluss der Fluidprobe und somit auf genau definierte Druckverhältnisse in dem System von Fluidleitungen an. Umgekehrt kann es in einzelnen Anwen- dungsfällen von Bedeutung sein, Druckveränderungen aufgrund von Reaktionsabläufen innerhalb des Systems von Fluidleitungen festzustellen und/ oder quantitativ auszuwerten. In beiden Fällen wird eine Drucküberwachung oder eine Druckmessung erforderlich.
Drucksensoren zur Druckmessung in einem mikrofluidischen Chip sind gegenwertig bereits bekannt. Es werden entweder externe Druckmessgeräte und -sensoren bekannter Art mittels Verbindungsleitung an die Fiuidleitung in dem mikrofluidischen Chip angeschlossen oder es kommen interne Drucksensoren in Form von Piezo-Elementen oder kapazitiven Bauteilen zum Einsatz, die in unmittelbarer Nachbarschaft zur Fiuidleitung angeordnet sind und deren Signal aus dem mikrofluidischen Chip zur Anzeige des Druckes nach außen geführt wird. Beispielhaft für die Anwendung piezoelektrischer Sensoren wird auf den Aufsatz „Micromachined Channel/Pressure Sensor Systems for Micro Flow Studies", J. Liu et al., 7th International Conference Solid-State Sensors and Actuators, 1993, Yokohama, Transducers '93. Auch optische Systeme sind bekannt, die änterferometrisch oder über die Änderung des Reflexionswinkels die druckbedingte Auslenkung einer Membran messen. Beispielhaft wird hierzu auf die Aufsätze "A low-cost and highly integrated fiber optica! pressure sensor System", F. Ceyssens et al., Sensors and Actuators A, 2008 81-86 und "A microfluidic experi- mental platform with internal pressure measurements" MJ. Kohl et al., Sensors and Actuators A, 2005 212-221 verwiesen.
Nachteilig bei den vorgenannten externen Druckmessgeräten ist vor allem die umständliche Handhabung, die Kontaminationsanfälligkeit aufgrund der notwendigen externen fluidischen Verbindung und der oftmals großen Totvolumina der Sensoren wie auch die mit dem Druckmessgerät verbundenen hohen Zusatzkosten. Der interne Drucksensor vorstehend beschriebener Art erhöht die Herstellungskosten des mikrofluidischen Chips. Eine andere in den Chip integrierte Vorrichtung zur Messung einer relativen Druckänderung ist aus der Veröffentlichung WO 2007/014336 A1 bekannt. Diese ist so ausgestaltet, dass eine Fluidprobe und eine Kontrollflüssigkeit parallel in eine Messkammer eingeleitet werden, so dass sie darin in laminarer Strömung nebeneinander fließen und dabei eine stabile Grenzfläche ausbilden. Eine Druckänderung in dem Probenka- nai führt zu einer Verschiebung dieser Grenzfläche, welche mit einer geeigneten Detektionsvorrichtung nachgewiesen werden kann.
Diese Vorrichtung ermöglicht jedoch nur eine Messung der relativen Druckänderung zwischen dem Druck in dem Strom der Fluid probe und dem Druck in dem Strom der Testflüssigkeit. Eine absolute Messung setzt voraus, dass der Druck in dem Strom der Testflüssigkeit sehr genau bekannt und konstant ist. Im Übrigen besteht an der Grenzfläche die Gefahr der Vermischung und somit eine Kontamination der Probenflüssigkeit. Schließlich erfordert die parallele Zuführung einer Kontrollflüssigkeit einen erheblichen apparativen Mehraufwand.
Vorstehende Nachteile zu lösen und eine einfache, kostengünstige integrierte Druckmesseinrichtung in einem mikrofiuidischen Chip bereit zu stellen ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Die Aufgabe wird durch einen mikrofiuidischen Chip mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der mikrofluidische Chip weist erfindungsgemäß eine Grundplatte auf, in der wenigstens eine Fluidleitung für die Aufnahme einer Fluidprobe und eine integrierte Druckmesseinrichtung angeordnet sind, wobei die Druckmesseinrichtung einen einseitig offenen Messkanal aufweist, der an seinem offenen Ende mit der Fluidleitung in Verbindung steht und in dem an seinem toten Ende ein kompressibles Fluid eingeschlossen ist.
Wird eine Fluidprobe unter Normaldruck durch den mikrofluidischen Chip geleitet und steht diese im Mündungsbereich des einseitig offenen Messkanals an, schließt sie eine dem Volumen des Messkanals entsprechende Menge des kompressiblen Fluids darin ein. Als kompressibles Fluid kommt bevorzugt Luft in Frage, da die Fluidieitungen vor dem Einleiten der Fluidprobe in der Regel mit Luft gefüllt sein wird. Grundsätzlich kommt es aber nur auf die Eigenschaft der Kompressibilität an, so dass beispielsweise auch andere Gase in Frage kommen. Nachfolgend wird vereinfachend für das eingeschlossene kompressibles Fluid daher auch von einer Gasblase gesprochen. Wird die Fluidprobe nun mit einem Überdruck beaufschlagt, nimmt die „Steighöhe" der Fluidprobe in dem Mess- oder Blindkanal zu. Im gleichen Maße nimmt das von dem kompressiblen Fluid eingenommene Volumen ab. Für das ideale Gas ist das Produkt aus dem Druck p und dem Gasvo- iumen V unter isothermen Bedingungen eine Konstante. Anders gesagt verhalten sich Druck und Volumen umgekehrt proportional, was sich mit folgender Gleichung ausdrücken lässt:
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mit dem Druck po und dem Volumen V0 in einem ersten Zustand, hier beispielsweise im Normalzustand, und dem Druck pi und dem Volumen Vi in einem zweiten, beispielsweise Überdruckzustand.
Unter Annahme eines konstanten Querschnittes des einseitig offenen Kanals kann das Volumen in vorstehender Formel durch die Länge der in dem toten Ende des Blindkanals eingeschlossenen Gasblase ersetzt werden. Auf diese Weise lässt sich durch Beobachtung des Meniskus, also der Grenzfläche zwischen der Fluidprobe und der Gasbiase, und Messung der Längenänderung der Gasblase auf einfache Weise eine Druckänderung messen. Das Prinzip ist als Boyle-Mariotte'sches Prinzip bekannt und kommt beispielsweise bei einem Tiefenmesser im Tauchsport zur Anwendung. In einem mikrofluid ischen Chip findet es bislang keine Anwendung. Es hat in der erfindungsgemäßen Anwendung den Vorteil gegenüber den bekannten Druckmessverfahren, dass es auf einfache Weise eine vollständig kontaminationsfreie Messung ermöglicht.
Bevorzugt wird der Messkanal durch eine Nut in der Grundplatte gebildet, die auf Ihrer Oberseite mittels einer Abdeckung gegenüber der Umgebung abgeschlossen ist.
Der Messkanal ist insoweit in gleicher Weise als Nut in die Grundplatte des mikrofluidischen Chips eingearbeitet, wie typischerweise auch die kanalförmigen Fluidleitungen. Insbesondere im Fall einer spritzgegossenen Grundplatte kann die gesamte Mikrostruktur einschließlich Messkanal in einem einzigen einfachen Arbeitsschritt in den Chip eingearbeitet werden. Das Verschließen der Mikrostruktur mittels einer auf der Grundplatte aufgebrachten Abdeckung, vorzugsweise einer Abdeckfolie, ist bei der Herstellung mikrofluidischer Chips an sich bekannt
Besonders bevorzugt weist die Nut des einseitig offenen Kanals einen verrundeten Nutgrund auf.
Als verrundeter Nutgrund im Sinne der Erfindung wird ein Nutquerschnitt im Bereich des Nutgrundes verstanden, der einen halbkreisförmigen Profilverlauf oder zumindest zwischen zwei aneinander angrenzenden geraden Profilabschnitten eine verrundete Ecke aufweist. Zweck des verrundeten Profils der Nut ist es zu vermeiden, dass die Fluidprobe aufgrund des Kapilareffektes entlang von Nutkanten in un- kontrollierter Weise in dem Messkanal vordringt („kriecht"), wodurch das Messergebnis unter Umständen in Abhängigkeit von der Oberflächenspannung der Fluidprobe bzw. der Benetzbarkeit der Oberfläche des Blind kanals verfälscht wird. Insbesondere wird durch diese Maßnahme die Reproduzierbarkeit der Messungen erhöht
In einer alternativen Ausführungsform wird der einseitig offene Kanal durch einen Schlitz in der Grundplatte gebildet, der jeweils auf seiner Ober- und Unterseite mittels einer Abdeckung gegenüber der Umgebung abgeschlossen ist.
Im Gegensatz zu der vorstehend beschriebenen Ausführungsform durchsetzt der Schlitz die Grundplatte von ihrer Ober- zur Unterseite, so dass die Grundplatte weder auf der Ober- noch auf der Unterseite eine Begrenzungsfläche des Messkanals bildet. Diese wird jeweils durch die Abdeckung oder Folie gebildet.
In beiden Ausführungsformen ist vorzugsweise zwischen der Grundplatte und der Abdeckung beidseits der Nut ein spaltförmiger Zwischenraum ausgebildet Im Fall des schlitzförmigen Blindkanals gilt dies sowohl für die Ober- als auch Unterseite.
Der spaltförmige Zwischenraum kann auf beiden Seiten beispielsweise durch eine schräge Fase entlang der Nutoberkante oder durch eine abgesetzte, flachere aber breitere Nut gebildet werden. Bevorzugt sind die beidseitigen spaltförmigen Zwischenräume symmetrisch zu der den eigentlichen Messkanal bildenden Hauptnut angeordnet Zweck einer solchen Ausgestaltung ist es, das zuvor beschriebene Kriechen oder vordringen der Fluidprobe in den Messkanal zu begünstigen. Da auf der Seite der Abdeckung ein eckiger Verlauf der Profilkanten der mittels der Abdeckung verschlossenen Nut unvermeidbar ist und deshalb auch das Kriechen des Fluides nicht verhindert werden kann, wird durch diese Maßnahme bewirkt, dass die Fluidprobe nach Möglichkeit vollständig bis an das tote Ende des Blindkanals und damit reproduzierbar eindringt. Der Kapiilareffekt wird also durch die Ausformung eines sehr schmalen Spaltes anstelle einer eckigen Kante bewusst verstärkt, um ebenfalls die Reproduzierbarkeit der Messungen zu erhöhen. Auf diese Weise wird ferner verhindert, dass sich im Kanalinneren ein Flüssigkeitsplug absetzt, der in Richtung des toten Kanalendes eine abgetrennte Blase einschließt.
Bevorzugt ist die Nut am toten Ende des Messkanals stirnseitig verrundet.
Vorstehende Überlegungen zu dem verrundeten Nutgrund treffen auch für das stirnseitige Ende des einseitig offenen Kanals zu. Auch hier würden Kanten und insbesondere Ecken dafür sorgen, dass die Fluidprobe spätestens nach der ersten Messung unkontrolliert in dem Messkanal zurückbleibt oder sich dort zu einem Flüssigkeitsplug ansammelt, der nachfolgende Messungen verfälschen kann. Dies wird vermieden, wenn eben keine solchen Ecken in dem Messkanal ausgebildet sind.
Aus demselben Grund ist analog zu den spaltförmigen Zwischenräumen beidseits der Nutoberkante auch am toten Ende des einseitig offenen Kanals zwischen der Grundplatte und der Abdeckung stirnseitig ein spaltförmiger Zwischenraum ausgebildet
Unabhängig von der Form des Kanalquerschnittes kann die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Messung ferner dadurch verbessert werden, dass die Fluidleitung benetzend und der Messkanal nicht- benetzend ausgebildet ist.
Dies kann durch eine geeignete Materialwahl der Grundplatte und/oder der Abdeckung im Bereich der Fluidleitung bzw. des Messkanals, das heißt gegebenenfalls auch nur in Abschnitten der Grundplatte und/oder der Abdeckung, durch eine nachträgliche Beschichtung oder durch eine (Mikro- oder Nano-)Strukturierung der Fluidleitungs- bzw. der Messkanaloberfläche erreicht werden. Beispielhaft genannt seien der Lotuseffekt, eine flüssig aufgetragene PTFE-Beschichtung oder eine Plasma- beschichtung genannt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist der einseitig offene Kanal im Bereich seines toten Endes einen vergrößerten Querschnitt auf.
Mit vergrößertem Querschnitt ist ein gegenüber dem überwiegenden oder mittleren Kanalquerschnitt weiterer Bereich des Kanals gemeint. Durch den vergrößerten Querschnitt wird gemessen an dem Durchschnittsvolumen des Kanals ein verhältnismäßig großes Volumen für das eingeschlossene kompressible Fluid bereitgestellt, so dass eine Volumenänderung zu einer vergleichsweise größeren Verschiebung der Fluidprobe in dem Kanal führt. Mit anderen Worten erhöht sich die Sen- sitivität der Druckmesseinrichtung im Bereich des Kanalabschnittes mit geringerem, vorzugsweise konstantem Querschnitt. Zwar kann die Messung sinnvoll nur in einem Bereich geringerer Druckdifferenzen ausgeführt werden, in dem der Meniskus sich noch innerhalb des geringeren Kanalquerschnitts befindet, jedoch ist in dem Bereich die Messung verhältnismäßig linear, was zu die Ablesbarkeit des Druckanstiegs über den Messbereich erhöht.
Vorteilhaft ist es auch, wenn der einseitig offene Kanal mäanderförmig gefaltet oder aufgewickelt ist.
Eine gefaltete oder aufgewickelte Struktur ermöglicht einen längeren Messkanal auf insgesamt weniger beanspruchter Fläche des mikrofluid- ischen Chips. Auf diese Weise lässt sich ebenfalls eine erhöhte Sensiti- vität erzeugen. Die gefaltete oder aufgewickelte Struktur kann zur wei- teren Erhöhung der Sensitivität mit einem vergrößerten Querschnitt am Ende des Messkanals kombiniert werden.
Zur Vereinfachung der quantitativen Bestimmung des Druckanstiegs weist die Druckmesseinrichtung vorzugsweise entlang des Kanals eine Skala auf.
Diese Skala kann durch eine Eichmessung für ein Referenzfluid geeicht sein. Dies ermöglicht die unmittelbare Ablesung absoluter Druckwerte . Bei hinreichend sorgfältiger Ausgestaltung der Nutoberflächen und des Kanalprofils kann eine Eichung für eine Vielzahl an Fluiden mit unterschiedlichen Viskositäten und Oberflächenspannungen hinreichend genaue Messwerten liefern. Für eine höhere Präzision können aber auch mehrere Eichskalen für unterschiedliche Flüssigkeiten entlang des Kanals vorgesehen sein. Wahlweise kann auch eine tabellarische oder rechnerische Korrektur eines abgelesenen Messwertes für unterschiedliche Flüssigkeiten vorgenommen werden.
Alternativ oder zusätzlich zu der Skala weist die Druckmesseinrichtung in einer vorteilhaften Ausgestaltung Mittel zum optischen Auslesen des Füllstandes der Fluidprobe in dem einseitig offenen Kanal auf.
Das optische Auslesen kann unter Einstrahlung von Licht sowohl in Form einer Messung des durch den Messkanal transmittierten Lichtanteils (Transmissionsmessung) als auch in Form einer Messung des an der Grenzfläche des Messkanals reflektierten Lichtanteils (Reflexionsmessung) erfolgen. In ersterem Fall würde eine Absorption, Streuung oder Brechung des Lichtes in Abhängigkeit von der An- oder Abwesenheit der Fluidprobe in dem Messkanal festgestellt werden können, in letzterem ein verändertes Reflexionsverhalten von einer Totalreflexion bis hin zum Ausbleiben jeglicher Reflexion. Zum automatschen Auslesen des Druckes kann der Chip in vorbestimmter Weise in ein geeigne- tes Betreibergerät mit einer Lichtquelle und einem Lichtsensor eingesetzt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfassen die Mittel zum optischen Auslesen des Füllstandes einen definierten Lichtpfad durch den Chip, der den Messkanal wenigstens einmal kreuzt.
Der definierte Lichtpfad setzt voraus, dass im Bereich des Strahlengangs das Material des Chips für das eingestrahlte Licht transparent ist und keine durch die Chiparchitektur bedingten Hindernisse den Strahlengang verstellen. Ferner bedingt der definierte Lichtpfad ein Eingangs- und ein Ausgangsfenster für den Lichtstrahl.
Der Lichtpfad kann so orientiert sein, dass er den Messkanal senkrecht kreuzt. In diesem Fall kann festgestellt werden, ob der Füllstand und damit der Druck ein bestimmtes Niveau erreicht hat (Schwellenwertmessung). Diese Anordnung funktioniert also nach dem Prinzip der Lichtschranke. Anstelle der Lichtschranke kann aber auch eine Intensitätsmessung transmittierten Lichts vorgenommen werden. Diese kann wiederum „digital" erfolgen, indem der Lichtstrahl quer zu einer Mäanderstruktur oder einer aufgewickelten Struktur des Messkanals erfolgt und gewissermaßen gezählt wird, wie oft der Lichtstrahl den befüllten Messkanal passiert hat. Alternativ hierzu kann der Lichtstrahl auch so durch den Chip geführt werden, dass dieser den Messkanal zumindest abschnittsweise in Längsrichtung durchläuft. Auf diese Weise kann der Füllstand des Messkanals analog ermittelt werden.
Eine solche Schwellenwertmessung kann beispielsweise zur Bestimmung des Zeitpunktes eines Filterwechsels ausreichen. Der Vorteil ist, dass nach einmaliger Eichung (Festlegung des Kreuzungspunktes) eine sehr gute Reproduzierbarkeit erzielt wird, unabhängig von Schwankun- gen des Messumfeldes wie beispielsweise der Intensität der Lichtquelle oder der Homogenität der Fluidprobe.
Der Lichtpfad kann aber auch so orientiert sein, dass er den Messkanal zumindest auf einem Abschnitt in Längsrichtung kreuzt. In diesem Fall kann beispielsweise durch Messung des Transmissionsanteils eine kontinuierliche Bestimmung des Füllstandes und damit des Druckes erfolgen.
In Kombination mit einem gefalteten oder aufgewickelten Messkanal ergibt sich ferner der Vorteil, dass ein eingestrahlter Lichtstrahl den Messkanal mehrfach kreuzen kann. Dies kann dazu genutzt werden, dass in einer einzigen Messung beispielsweise mehrere Schwellenwerte gleichzeitig bestimmt werden können.
Selbstverständlich ist es auch möglich eine Orientierung des Lichtpfa- des zu wählen, die den Messkanal unter einem beliebigen anderen Winkel kreuzt.
Davon unabhängig ist es von Vorteil, wenn der Lichtpfad durch den Chip den Messkanai entweder so kreuzt, dass ein entlang des Lichtpfades eingestrahlter Lichtstrahl in Abhängigkeit von dem Füllstand an einer Grenzfläche des Messkanais mehr oder weniger stark reflektiert oder gebrochen wird, oder so dass ein entlang des Lichtpfades eingestrahlter Lichtstrahl in Abhängigkeit von dem Füllstand mehr oder weniger stark absorbiert oder gestreut wird.
Vorteilhaft ist es, wenn die Mittel zum optischen Auslesen des Füllstandes entlang des optischen Lichtpfades wenigstens einen in den Chip integrierten Umlenkspiegei aufweisen. Umlenkspiegel in einem mikrofluidischen Chip zur Ablenkung von der Fluidprobe emittierten oder durch die Fluidprobe transmittierten Lichtes sind beispielsweise aus der DE 10 2005 062 174 B3 bekannt. Diese Spiegel sind auf einfache Weise durch Ausnehmungen oder Hohlräume in der Grundplatte realisierbar, die eine ebene oder gekrümmte Grenzfläche aufweisen, an der der Lichtstrahl in Abhängigkeit vom Brechungsindex des Grund plattenmaterials und der Neigung der Fläche in Bezug auf die Einfallsrichtung des Lichtstrahls unter einem bestimmten Winkel reflektiert wird.
In einer anderen Ausgestaltung können die Umlenkspiegel durch eine oder mehrere Grenzflächenabschnitte des Messkanais selbst gebildet sein. Eine solche Ausgestaltung ist aus der Patentschrift DE 10 116 674 C2 bekannt. Bei dieser Ausführungsform wird das entlang eines Pfades eingestrahlte Licht an der Grenzfläche des Fluidkanals in Abhängigkeit von der Füllung desselben und dem Einfallswinkel des Lichtstrahls auf die Spiegelfläche total reflektiert, teilweise reflektiert oder auch gar nicht reflektiert. Auf diese Weise kann je nach Anordnung der Lichtquelle und der Detektoren in dem Betreibergerät eine Aussage darüber getroffen werden, ob der Füllstand der Fluidprobe in dem Messkanal bis zu einem bestimmten Pegelmaß reicht oder nicht.
Generell ist der Zweck von Umlenkspiegeln, (senkrecht) von oben oder unten transversal eingestrahltes Licht in die Ebene des Chips umzulenken. Auf diese Weise kann der Lichtpfad innerhalb des Chips auf eine minimale Wegstrecke reduziert und gleichzeitig eine größtmögliche Empfindlichkeit für Änderungen des Transmissions- oder Emissionsverhaltens der Probe erzielt werden. Insbesondere lassen sich mitteis der Umlenkspiegei auf einfache Weise, das heißt mit nur einer Lichtquelle und/oder nur einem Sensor mehrere Lichtschranken gleichzeitig realisieren, mit denen das Erreichen verschiedener Schwellenwerte nachgewiesen werden kann. Vorzugsweise ist die Grundplatte aus einem transparenten Polymermaterial hergestellt.
Diese Materialwahl hat den Vorteil, eine kostengünstige Herstellung mit einer durchgängigen Transparenz zu kombinieren.
Alternativ, obgleich diese Materialen in der Verarbeitung teurer sind, können für die Grundplatte und/oder die Abdeckung auch Silizium und/oder Glas verwendet werden.
Besonders bevorzugt ist das an dem toten Ende des Messkanals eingeschlossene kompressible Fluid Luft.
Abweichend von dem Prinzip der Lichtschranke und der Intensitätsmessung kann das optische Auslesen auch erfolgen, indem (in dem Betreibergerät) bei flächiger Ausleuchtung des Chips eine CCD-Kamera ein flächiges oder linienförmiges Bild erzeugt, welches anschließend in Form einer Mustererkennung oder Koπtrastanalyse zur Bestimmung der Lage des Meniskus elektronisch ausgewertet wird. .
Alternativ zum optischen Auslesen kann der Füllstandes der Fluidprobe in dem Messkanat auch kapazitiv ausgelesen werden. Auch die kapazitive Auslese erfolgt berührungslos und damit kontaminationsfrei. Schließlich kann die Auslese auch durch Bestimmung der Leitfähigkeit in dem Messkanal vorgenommen werden.
Weitere Aufgaben, Merkmal und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mithiife der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine schematische Draufsicht auf einen mikrofluidischen Chip mit integrierter Druckmesseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
Figur 2 einen Ausschnitt eines mikrofluidischen Chips mit integrierter Druckmesseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
Figur 3 einen Querschnitt durch den einseitig offenen Messkanai der Druckmesseinrichtung gemäß einer ersten Ausgestaltung;
Figur 4 einen Querschnitt durch den Messkanal der Druckmesseinrichtung gemäß einer zweiten Ausgestaltung;
Figur 5 einen Querschnitt durch den Messkanal der Druckmesseinrichtung gemäß einer dritten Ausgestaltung;
Figur 6 eine Prinzipskizze zur Illustration einer ersten optischen Auslesemethode quer zum Messkanal;
Figur 7A eine Prinzipskizze zur Illustration einer zweiten optischen Auslesemethode längs eines Abschnitts des Messkanals, wenn in diesem keine Fluidprobe ansteht;
Figur 7B dieselbe Darstellung wie Figur 7A mit einer in dem Messkanalabschnitt anstehenden Fluidprobe;
Figur 8 ein Diagramm, in dem die Längenänderung einer in dem Messkanai eingeschlossenen Gasblase gegenüber einem Druckanstieg aufgetragen ist, wenn ais Fluidprobe Wasser verwendet wird, und Figur 9 ein Diagramm, in dem die Längenänderung einer in dem Messkanal eingeschlossenen Gasblase gegenüber einem Druckanstieg aufgetragen ist, wenn als Fluidprobe eine Al- kohol-basierte Lösung eingesetzt wird.
Figur 1 zeigt stark vereinfacht einen mikrofluidischen Chip 100 mit einer Grundplatte 110, in der eine Fluidleitung 112 zur Aufnahme einer Fluidprobe angeordnet ist. Die Fluidleitung 112 wird in diesem Beispiel durch eine mäanderförmige Mischstrecke 114 und einen sich daran anschließenden Auslasskanal 116 gebildet. Der Ausiasskanal 116 mündet in einer stirnseitigen Austrittsöffnung 118, aus der die Fluidprobe entnommen werden kann. Eingangs der Mischstrecke 114 werden zwei Einlasskanäle 120, 122 zusammen geführt. Die Einlasskanäle weisen jeweils eine Eintrittsöffnung 124, 126 auf, durch die zwei verschiedene Fluide in die Mischstrecke 114 eingegeben werden können. Durch die mehrfache Faltung der Fluidleitung 112 im Bereich der Mischstrecke 114 wird eine hinreichend lange Fluidleitung gebildet, in der sich die zwei Fluide (bei laminarer Strömung) durch Diffusion vermischen können.
Am Ende der Mischstrecke 114 weist der mikrofluidische Chip 100 einen von der Fluidleitung 112 seitlich abgezweigten, einseitig offenen Messkanal 128 auf. Der Messkanal 128 steht mit seinem offenen Ende 130 mit der Fluidleitung 112 in fluidischer Verbindung. Gegenüberliegend weist er ein totes Ende auf, aus dem eine in den Messkanal 128 eingeschlossene Luftblase 134 nicht entweichen kann, wenn die Fluidleitung 112 mit einer Fluidprobe gefüllt ist In Abhängigkeit von dem Druck in der Fluidleitung steigt die Höhe des Füllstands der Fluidprobe in dem Messkanal 128. Anders gesagt verhält sich die Länge der eingeschlossenen Luftblase 134 bei konstantem Querschnitt des Messkanals 128 umgekehrt proportional zu dem Druck in der Fluidleitung 112. Deshalb kann der Druck anhand der Lage der Grenzfläche oder Meniskus 136, die sich zwischen der Fiuidprobe und der Luftblase 134 ausbildet, abgelesen werden.
Zu diesem Zweck weist die Druckmesseinrichtung gemäß Figur 1 Mittel zum optischen Auslesen des Füllstandes der Fiuidprobe in dem Messkanal auf. Die Mittel zum optischen Auslesen umfassen in diesem Ausführungsbeispiel zwei Umlenkspiegel 138, 140, über die ein oder mehrere transversal zur Ebene des mikrofluidischen Chips 100 eingestrahlte Lichtstrahlen so umgelenkt werden, dass sie den Messkanal 128 passieren und danach wiederum transversal zur Oberfläche des mikrofluidischen Chips 100 aus diesem austreten. Die Umienkspiegei 138, 140 definieren somit einen Lichtpfad durch den Chip 100. Durch Intensitätsmessung des austretenden Lichtstrahls kann auf den Füllstand der Fiuidprobe in dem Messkanal und somit auf den Druck geschlossen werden. Einige prinzipielle Messmethoden werden anhand der Figuren 6 und 7 näher erläutert.
Eine alternative Ausgestaltung der integrierten Druckmesseinrichtung ist in Figur 2 gezeigt Der dargestellte Ausschnitt eines mikrofluidischen Chips zeigt eine Fiuidleitung 212 von der ein Messkanal 228 seitlich abzweigt. Der Messkanal 228 ist mäanderförmig gefaltet und weist im Bereich seines toten Endes 232 einen vergrößerten Querschnitt auf. Sowohl die einerseits hierdurch bezweckte Verlängerung des Messkanals 228 als auch die Vergrößerung des Gesamtvolumens des Messkanals sorgen dafür, dass die Sensitivität der Druckmesseinrichtung gegenüber der einfachen Ausgestaltung des Messkanals 128 in Figur 1 erhöht ist. Durch die mäanderförmige Faltung des Messkanals 228 wird weiterhin bezweckt, dass ein mittels der Umlenkspiegel 238, 240 definierter Lichtpfad den Messkanal 228 mehrfach kreuzt. Unter der Annahme, dass der den mit der Fiuidprobe gefüllten Messkanal kreuzende Lichtstrahl an der Fiuidprobe teilweise gestreut oder teilweise absorbiert wird, erfährt die Intensität des austretenden Lichtstrahls mit jedem gekreuzten Messkanalabschnitt, bis zu dem die Fluidprobe aufgrund eines Überdruckes vorgedrungen ist, stufenweise eine Abschwächung. Die Intensität des nachgewiesenen Lichtes ist somit näherungsweise umgekehrt proportional zu dem Druck in der Fiuidleitung 212.
In den Figuren 3 bis 5 sind drei unterschiedliche Querschnitte des erfindungsgemäßen Messkanals dargestellt. Figur 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Messkanal 328 in Form einer Nut in eine Grundplatte 310 eingearbeitet ist. Die Nut wird auf ihrer Oberseite mitteis einer Abdeckung 342 in Form einer den mikrofluidischen Chip bedeckenden Folie gegenüber der Umgebung verschlossen. Die Nut des Messkanals 128 weist einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit einem Nutgrund 344 und zwei seitlichen Begrenzungswänden 346, 348 auf. Der Nutgrund 344 ist verrundet. Das heißt in diesem Fall, dass die seitlichen Begrenzungswände 346, 348 in Form eines Radius in den Nutgrund 344 übergehen und somit keine scharfe Profilecke ausbilden. Hierdurch wird vermieden, dass die Fiuidprobe in Abhängigkeit von der Benetzung der Messkanaloberfläche unkontrolliert weit in den Messkanal 328 hineinkriecht und somit das Messergebnis in Abhängigkeit beispielsweise von der Oberflächenspannung der Fluidprobe verfälscht.
Im Gegensatz zu dem verrundeten Nutgrund weist die Nut des Messkanals 328 auf der Seite der Abdeckung 342 jedoch scharfe Kanten auf, welche fertigungsbedingt nicht auf die gleiche Weise verrundet werden können, um das Problem auch auf dieser Seite zu lösen. Um dem Effekt des unkontrollierten Eindringens der Flüssigkeit auch auf dieser Seite zu begegnen weist der Messkanal 428 gemäß Figur 4 zwischen der Grundplatte 410 und der Abdeckung 442 beidseits der Nut einen spaltförmigen Zwischenraum 450, 452 auf. Dieser Zwischenraum ist in seiner Querschnittsfläche deutlich kleiner als der Querschnitt des eigentlichen Messkanals 428 und insbesondere bedeutend schmaler. Dies bewirkt, dass eine in dem Messkanal 428 anstehende Flüssigkeit aufgrund des Kapillareffekts zunächst kontrolliert in den spaitförmigen Zwischenräumen 450, 452 vordringt. Die spaitförmigen Zwischenräume 450, 452 sind in diesem Beispiel auf der Seite der Grundplatte 410 durch jeweils eine zur Nut hin tiefer werdende schräge Fläche oder Fase und auf der Seite der Abdeckung 442 durch die Abdeckung selbst begrenzt. Die Dimension der spaitförmigen Zwischenräume ist so gewählt, dass weitgehend unabhängig von der Oberflächenspannung der Fluidprobe eine vollständige Benetzung des Zwischenraums bis zum toten Ende des Messkanals erfolgt. Dies stellt sicher, dass unabhängig von der Fiuidprobe stets dieselben Messbedingungen vorherrschen, wodurch eine reproduzierbare Messung gewährleistet ist.
Figur 5 zeigt einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform des Messkanals 528, der durch eine Schlitz in der Grundplatte 510 gebildet wird und der auf seiner Ober- und seiner Unterseite jeweils mittels einer Abdeckung 542, 543 gegenüber der Umgebung abgeschlossen ist. Bei dieser Ausführungsform ist sowohl auf der Ober- als auch auf der Unterseite zwischen der Grundplatte 510 und der jeweiligen Abdeckung 542,543 beidseits des Schlitzes ein spaltförmiger Zwischenraum 550, 551 , 552, 553 ausgebildet. Aufgrund dieser spaitförmigen Zwischenräume wird auch bei der in Figur 5 dargestellten Geometrie sichergestellt, dass das durch den Kapillareffekt bedingte Kriechen der Flüssigkeit in dem Messkanal kontrolliert erfolgt.
Figur 6 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform des mikro- fluidischen Chips im Bereich des Messkanals 628. Ferner ist ausgehend von einer Lichtquelle 660 ein Lichtpfad durch den mikrofluidischen Chip eigezeichnet, der den Messkanal 628 so kreuzt, dass ein entlang des Lichtpfads eingestrahlter Lichtstrahl in Abhängigkeit von dem Füllstand der Fluidprobe in dem Messkanal mehr oder weniger stark gebrochen wird. Ist der Messkanal 628 an der Kreuzungsstelle mit Luft gefüllt, wird der Lichtstrahl an der Grenzfläche zwischen dem Grundplattenmaterial und dem Messkanal stärker gebrochen und auf diese Weise auf einen oberen Lichtpfad abgelenkt, so dass er beispielsweise mittels eines ersten Detektors 662 nachgewiesen werden kann. Ist die Fluidprobe in dem Messkanal bis zu der Kreuzungsstelle vorgedrungen, so wird der Lichtstrahl an der Grenzfläche zwischen dem Grundplat- tenmateria! und der Fluidprobe weniger stark gebrochen, so dass das Licht die Grundplatte auf einem zweiten Pfad verlässt und beispielsweise mittels eines zweiten Detektors 664 nachgewiesen werden kann.
Es wird angemerkt, dass Figur 6 das optische Auslesen des Füllstandes unter Ausnutzung des Brechungsindex in der Fluidprobe darstellt. Obgleich es nicht unmöglich ist, eine solche Anordnung, bei der das Licht entlang der Längskante des mikrofluidischen Chips ein- und ausgekoppelt wird, ist die Ausführungsform gemäß der Figuren 7A und 7B praktikabler. In Figur 7A ist der Fall skizziert, in dem in einem Messkanal 728 keine Fluidprobe ansteht, der Kanal also mit dem kompressib- len Fluid, vorzugsweise Luft, befüllt ist. Dem gegenüber ist dieselbe Anordnung in Figur 7B mit einem gefüllten Fluidkanal 728 dargestellt. Das von einer Lichtquelle 760 ausgehende Licht wird transversal zur Ebene des mikrofluidischen Chips eingekoppelt und von einem ersten Umlenkspiegel 738 in die Ebene des mikrofluidischen Chips umgelenkt. Der Spiegel 738 wird durch eine ebene Grenzfläche zwischen dem Grundplattenmaterial des mikrofluidischen Chips und einem Hohlraum gebildet, der vorzugsweise mit Luft gefüllt ist. Die Neigung der Grenzfläche beträgt in der Darstellung der Figuren 7A und 7B etwas mehr als 45° zur Ebene des mikrofluidischen Chips, während das Licht unter 90° zur Ebene des Chips eingestrahlt und unter einem spitzen Winkel zur Ebene des Chips abgelenkt wird. Sowohl die Einstrahlrichtung ais auch die Neigung des Umlenkspiegels kann variieren. Entscheidend ist, dass unter Berücksichtigung der Brechungsindizies des Grund piattenmateri- als und der Füllung des Hohlraums an der Grenzfläche eine Totalrefte- xion stattfindet und dass das Licht so umgelenkt wird, dass es den Messkanal 728 kreuzt.
Der Lichtstrahl kreuzt den Messkanal 728 in dem Beispiel der Figuren 7 nicht senkrecht zu seine Längsrichtung wie in den Figuren 1 oder 2 sondern so, dass das Licht eine Wegstrecke in Längsrichtung in dem Messkanal oder zumindest einen Abschnitt des Messkanals zurücklegt. Hierdurch werden die Strahlenverläufe für die im Folgenden beschriebenen Fälle stärker separiert. Im Fall der Figur 7A, in dem die Fluidpro- be nicht in dem gezeigten Abschnitt des Messkanals ansteht, wird das Licht an der seitlichen Grenzfläche 746 aufgrund des größeren Unterschieds im Brechungsindex zwischen dem Grundplattenmaterial und dem Gas im Inneren das Messkanals 728 stärker gebrochen als im Fail der Figur 7B, in dem der Messkanal 728 mit der Fluidprobe gefüllt ist. In Figur 7A wird deshalb das Licht soweit von der Eingangsstrahlrichtung abgelenkt, dass es an der Grenzfläche zur Abdeckung 742 total reflektiert und nach nochmaliger Brechung an der Grenzfläche zwischen dem Messkanal 728 und der Grundplatte 710 nach unten aus dem mikro- fluidischen Chip austritt. Dem gegenüber findet im Fall des gefüllten Messkanals 728 an der Grenzfläche 746 nur eine geringe Brechung statt, so dass der Lichtstrahl nahezu linear zwischen dem ersten Umlenkspiegel 738 und dem zweiten Umlenkspiegel 740 verläuft. Nachdem das Licht am zweiten Umlenkspiegel 740 total reflektiert wird, tritt es ebenfalls auf der Unterseite des mikrofluidischen Chips 710 aus und trifft auf einen entsprechend positionierten Detektor 762 zum Nachweis des Füllstandes. Der Detektor ist so angeordnet, dass der den mikrofluidischen Chip im Fall der Figur 7A verlassende Lichtstrahl diesen verfehlt. Auf diese Weise kann eine Aussage darüber getroffen werden, ob der Messkanal gefüllt ist oder nicht.
In Figur 8 sind die Ergebnisse zweier Messungen mit der erfindungsgemäßen Druckmesseinrichtung unter Verwendung von Wasser als Fiuidprobe grafisch dargestellt. Figur 9 zeigt die Graphen dreier weiterer Testmessungen mit derselben Druckmesseinrichtung unter Verwendung einer alkoholbasierten Fiuidprobe zum Vergleich, in beiden Diagrammen ist die auf die Gesamtlänge des Messkanals L0 normierte Länge der eingeschlossenen Luftblase L(p) gegenüber dem in dem Fluidkanal angelegten Überdruck Δp aufgetragen. Die Messung wurde mittels einer erfindungsgemäßen Druckmesseinrichtung mit einem Messkanai des Querschnitts gemäß Figur 4 durchgeführt. Die Resultate der Figuren 8 und 9 zeigen jeweils einzeln wie auch im Vergleich, dass die Maßnahmen zur geometrischen Ausgestaltung des Kanalquerschnitts weitgehend unabhängig von der untersuchten Fiuidprobe reproduzierbare Ergebnisse sicherstellen. Während eine einfache Abschätzung der zu erwartenden Füllhöhe L(p) bei einem Überdruck von einem Bar einen Wert von 0,5 erwarten lässt, zeigt sich, dass in der tatsächlichen Messung dieser Wert jeweils geringfügig kleiner ist. Dies kann darauf zurückgeführt werden, dass sich die Abdeckfolie über dem Messkanal aufgrund des Druckanstieges verformt und damit das Volumen des Messkanals druckabhängig vergrößert. Dieser oder andere systematische Fehler lassen sich jedoch durch eine Eichmessung korrigieren.
Bezugszeichenliste
100 mikrofluidischer Chip
110 Grundplatte
112 Fluidleitung
114 Mischstrecke
116 Auslasskanal
118 Austrittsöffnung
120 Einlasskanal
122 Einlasskanal
124 Eintrittsöffnung
126 Eintrittsöffnung
128 Messkanal
130 offenes Ende
132 totes Ende
134 Luftblase
136 Grenzfläche/ Meniskus
138 Umlenkspiegel
140 Umlenkspiegel
212 Fluidleitung
228 Messkanal
232 totes Ende
238 Umlenkspiegel
240 Umlenkspiegel
310 Grundplatte
328 Messkanal
342 Abdeckung
344 Nutgrund
346 seitliche Begrenzungswand
348 seitliche Begrenzungswand 410 Grundplatte
428 Messkanal
442 Abdeckung
450 spaltförmiger Zwischenraum
452 spaitförmiger Zwischenraum
454 Grenzfläche/ Meniskus
456 Grenzfläche/Meniskus
510 Grundplatte
528 Messkanal
542 Abdeckung
543 Abdeckung
550, 551 ,
552, 553 jeweils spaltförmiger Zwischi
610 Grundplatte
628 Messkanal
660 Lichtquelle
662, 664 Detektor
710 Grundplatte
728 Messkanal
738 Umlenkspiegel
740 Umlenkspiegel
742 Abdeckung
746 seitliche Begrenzungsfläche
760 Lichtquelle
762 Detektor

Claims

Patentansprüche
1. Mikrofluid ischer Chip (100) mit einer Grundplatte (110, 310, 410, 510, 610, 710), in der wenigstens eine Fluidleitung (112, 212) für die Aufnahme einer Fluidprobe und eine integrierte Druckmesseinrichtung angeordnet sind, wobei die Druckmesseinrichtung einen einseitig offenen Messkanal (128, 228, 328, 428, 528, 628, 728) aufweist, der an seinem offenen Ende (130) mit der Fluidleitung (112, 212) in Verbindung steht und in den an seinem toten Ende (132, 232) ein kompressibles Fluid eingeschlossen ist.
2. Mikrofluidischer Chip (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Messkanal (128, 228, 328, 428, 528, 628, 728) durch eine Nut in der Grundplatte (110, 310, 410, 510, 610, 710) gebildet wird, die auf Ihrer Oberseite mittels einer Abdeckung (342, 442, 542, 742) gegenüber der Umgebung abgeschlossen ist.
3. Mikrofluidischer Chip (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut einen verrundeten Nutgrund (344) aufweist.
4. Mikrofluidischer Chip (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Messkanal (128, 228, 328, 428, 528, 628, 728) durch einen Schlitz in der Grundplatte (110, 310, 410, 510, 610, 710) gebildet wird, der auf seiner Ober und Unterseite jeweils mittels einer Abdeckung (542, 543) gegenüber der Umgebung abgeschlossen ist.
5. Mikrofluidischer Chip (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Grundplatte (110, 310, 410, 510, 610, 710) und der Abdeckung (442, 542, 543) beid- seits der Nut bzw. des Schlitzes ein spaltförmiger Zwischenraum ( 450, 452, 550, 551 , 552, 553) ausgebildet ist.
6. Mikrofiuidischer Chip (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut bzw. der Schütz am toten Ende (132, 232) des Messkanals (128, 228, 328, 428, 528, 628, 728) stirnseitig verrundet ist.
7. Mikrofiuidischer Chip (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Grundplatte (110, 310, 410, 510, 610, 710) und der Abdeckung (342, 442, 542, 543, 742) am toten Ende (132, 232) des Messkanals (128, 228, 328, 428, 528, 628, 728) stirnseitig ein spaltförmiger Zwischenraum ausgebildet ist.
8. Mikrofiuidischer Chip (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkanal (228) im Bereich seines toten Endes (132, 232) einen vergrößerten Querschnitt aufweist.
9. Mikrofiuidischer Chip (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkanal (128, 228, 328, 428, 528, 628, 728) mäanderförmig gefaltet oder aufgewickelt ist.
10. Mikrofiuidischer Chip (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmesseinrichtung entlang des Messkanals (128, 228, 328, 428, 528, 628, 728) eine Skala aufweist.
11. Mikrofluidischer Chip (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmesseinrichtung Mittel zum optischen Auslesen des Füllstandes der Fiuidprobe in dem Messkanal (128, 228, 328, 428, 528, 628, 728) aufweist.
12. Mikrofluidischer Chip (100) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum optischen Auslesen des Füllstandes einen definierten Lichtpfad durch den Chip (100) umfassen, der den Messkanal (128, 228, 328, 428, 528, 628, 728) wenigstens einmal kreuzt.
13. Mikrofluidischer Chip (100) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum optischen Auslesen des Füllstandes einen definierten Lichtpfad durch den Chip (100) umfassen, der den Messkanal (128, 228, 328, 428, 528, 628, 728) so kreuzt, dass ein entlang des Lichtpfades eingestrahlter Lichtstrahl in Abhängigkeit von dem Füllstand an einer Grenzfläche des Messkanals (128, 228, 328, 428, 528, 628, 728) mehr oder weniger stark reflektiert oder gebrochen wird.
14. Mikrofluidischer Chip (100) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum optischen Auslesen des Füllstandes einen definierten Lichtpfad durch den Chip (100) umfassen, der den Messkanal (128, 228, 328, 428, 528, 628, 728) so kreuzt, dass ein entlang des Lichtpfades eingestrahlter Lichtstrahl in Abhängigkeit von dem Füllstand mehr oder weniger stark absorbiert oder gestreut wird.
15. Mikrofluidischer Chip (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum optischen Auslesen des Füllstandes entlang des optischen Lichtpfades wenigstens ei- nen in den Chip (100) integrierten Umlenkspiegel (138, 140, 238, 240, 738, 740) aufweisen.
16. Mikrofluidischer Chip (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (110, 310, 410, 510, 610, 710) aus einem transparenten Polymermaterial hergestellt ist.
17. Mikrofluidischer Chip (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (112, 212) benetzend und der Messkanal (128, 228, 328, 428, 528, 628, 728) nicht- benetzend ausgebildet ist.
18. Mikrofluidischer Chip (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das kompressible Fluid Luft ist.
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