WO2015040149A1 - Vorrichtung und verfahren, die rückschlüsse über die viskosität einer probe ermöglichen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren, die rückschlüsse über die viskosität einer probe ermöglichen Download PDF

Info

Publication number
WO2015040149A1
WO2015040149A1 PCT/EP2014/069970 EP2014069970W WO2015040149A1 WO 2015040149 A1 WO2015040149 A1 WO 2015040149A1 EP 2014069970 W EP2014069970 W EP 2014069970W WO 2015040149 A1 WO2015040149 A1 WO 2015040149A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fluid
sample
chamber
fluid channel
fluid chamber
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/069970
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ingmar Schwarz
Marc Karle
Original Assignee
Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V.
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 Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. filed Critical Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V.
Publication of WO2015040149A1 publication Critical patent/WO2015040149A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/02—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material
    • G01N11/04—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material through a restricted passage, e.g. tube, aperture
    • 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
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0605—Metering of fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0621—Control of the sequence of chambers filled or emptied
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0803—Disc shape
    • 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
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0409—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces centrifugal forces
    • 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
    • B01L2400/0487—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure fluid pressure, pneumatics

Definitions

  • the present invention relates to apparatus and methods that allow conclusions about the viscosity of a sample, and more particularly to apparatus and methods suitable for determining the viscosity of liquids in a centrifuge rotor.
  • Rotors for the processing of liquids are used in particular in centrifugal microfluidics.
  • Corresponding rotors include chambers for collecting liquid and channels for fluid guidance. Under centripetal acceleration of the rotor, the liquid is pressed radially outwards and can thus reach a radially outer position by means of appropriate fluid guidance.
  • compressible media can be enclosed in chambers, thereby rotational frequency controlled overpressures and negative pressures for Aktu réelle of liquids can be generated.
  • DE 1020 2202775 A1 devices and methods for radially inwardly directed pumping of a liquid using a compressed in a compression chamber medium using different rotational frequencies known.
  • Viscosity determinations of liquids are of great importance in many technical areas. These include food production, where viscosity can serve as a quality factor, as well as life sciences, where the viscosity of reagents is an important parameter for the processability of reagents in laboratory operations. In the pharmaceutical industry too, accurate characterization of liquid reagents is of essential importance. An important parameter for the processibility of reagents is the viscosity also on lab-on-chip systems.
  • a known method uses so-called ball drop viscometers in which a ball is dropped through a tube filled with sample. From the time it takes the ball to travel a certain distance, the viscosity of the sample can be deduced. Falling ball viscometers are already available, but with the pipe each with the sample must be filled, which requires a large sample volume. Anton Paar, for example, offers ball drop viscometers with minimum sample volumes down to 100 ⁇ . Furthermore, rotary and oscillatory viscometers are known, which consist of two mutually rotatable plates, wherein a sample is introduced into a gap between the plates. The force required to rotate one of the plates allows conclusions to be drawn about the viscosity of the sample. Even such viscometers are already available, with a large sample volume, typically in the range of 1 ml, being needed for the measurement.
  • So-called process viscometers are designed to continuously measure the viscosity directly during a process. The measurement can be done both online and inline.
  • a simple version of a process viscometer measures the pressure at the inlet and at the outlet of a capillary through which it flows in order to determine the viscosity via the pressure loss.
  • the sample is oscillated with a resonator and the attenuation of the resonator is determined.
  • Such methods are known for example from US 4,920,787 and US 5,837,885. Based on this method, the Swiss Federal Institute of Technology Zurich has demonstrated prototypes that can determine the viscosity in sample volumes from 6 ⁇ , see www.zfm.ethz.ch/e/viscometry/recent_developments.htm.
  • the object of the present invention is to provide devices and methods which allow a simple and fast way conclusions about the viscosity of a sample.
  • Embodiments of the invention provide a device that allows conclusions about the viscosity of a sample, comprising: a fluidic module that is rotatable about a center of rotation;
  • Fluidic structures in the fluidic module having a fluid delivery area and a first fluid channel that forms a fluidic resistance and that is fluidically coupled to the fluid delivery area; and drive means configured to apply to the fluidic module for a defined time such rotation that centrifugally induced in the defined time a portion of a sample from the fluid dispensing area into or through the first Fluid channel, wherein the portion of the sample, which passes in the defined time in or through the first fluid channel, is a measure of the viscosity of the sample.
  • the fluid supply region is a first fluid chamber, the fluidic structures having a second fluid chamber, the first fluid channel being fluidically connected between the first fluid chamber and the second fluid chamber, wherein in the defined time a portion of the sample passes through the first fluid chamber Fluid channel passes into the second fluid chamber, wherein the portion of the sample, which passes in the defined time in the second fluid chamber, is a measure of the viscosity of the sample.
  • the fluid preparation area is designed to provide a defined sample volume
  • the drive device is designed to apply to the fluidic module such a rotation that, starting from an equilibrium state, a portion of the sample against a pneumatic overpressure or against a pneumatic negative pressure passes into the first fluid channel, wherein the distance to which the sample fills the first fluid channel after the defined time is a measure of the viscosity of the sample.
  • a first end of the first fluid channel is fluidly coupled to the fluid preparation region, and a second end of the first fluid channel is fluidly coupled to a compression region configured to compress a compressible medium trapped therein
  • Defined time passes part of the sample from the Fiuidrsteliungs Scheme in the first fluid channel and thereby compresses the compressible medium, whereby the pneumatic overpressure is generated.
  • the Fiuid holesteliungs Committee is closed at least during the defined time, so that in that a part of the sample from Fiuidrsteliungs Kunststoff enters the first fluid channel, in the Flu- idlestel ungsungs Scheme the pneumatic negative pressure is generated, against which the sample enters the first fluid channel.
  • Embodiments of the invention provide a method that allows conclusions about the viscosity of a sample, with the following features; in a first phase, rotating the fluidic module of a device according to the above first aspect, with no or a rotational frequency such that no sample passes through the first fluid passage into the second fluid chamber; in a second phase, rotating the fluidic module for a defined time at a rotational frequency such that a portion of a sample from the first fluid chamber is centrifugally induced to enter the second fluid chamber through the first fluid passage within the defined time; and in a third phase, rotating the fluidic module after the defined time with no or such a rotational frequency that no sample passes through the first fluid passage into the second fluid chamber, wherein the portion of the sample in the second phase in the defined time in the passes second Fiuidhunt, which is a measure of the viscosity of the sample.
  • Embodiments of the invention provide a method that allows conclusions about the viscosity of a sample, with the following features: in a first phase, rotating the fluidic module of a device according to the above second aspect with no or a rotational frequency such that no sample enters the first Fiuidkanal or only reaches the first Fiuidkanal up to a first distance; in a second phase, rotating the fluidic module for a defined time at a rotational frequency such that a portion of a sample from the fluid delivery region centrifugally induces from the fluid delivery region into the first fluid passage within the defined time such that the sample moves the first fluidway to a second distance; which is greater than the first distance fills, wherein the defined time is insufficient to achieve a state of equilibrium between the centrifugal force acting by the rotation and the pneumatic overpressure or negative pressure; and in a third phase, stopping the flow of fluid into the first fluid passage after the defined time, wherein the second distance to which the sample fills the first fluid channel after the defined time is a measure
  • the stopping of the fluid flow into the first fluid channel can be achieved by rotating the fluidic module after the defined time with no or such a rotational frequency that the pneumatic overpressure or negative pressure is equal to or greater than the centrifugal pressure, so that no further sample from the fluid supply region into the first fluid channel passes, take place.
  • stopping may be effected in other ways.
  • Embodiments of the invention are based on the recognition that conclusions about the viscosity of a sample are possible in a simple and rapid manner, by providing a force required to pass a sample through a fluid channel from a first chamber to a second chamber or to a sample partially ie not completely driven through the fluid channel is induced centrifugally.
  • the fluid channel represents such a flow resistance that a flow rate through it depends on the viscosity of the sample, so that the part of the sample which enters the fluid chamber in the defined time in the second phase or which enters the fluid channel and is counteracted by the compression of a compressible medium, is a measure of the viscosity of the sample.
  • centrifugally induced means that a centrifugal force acting on the sample changes, for example, due to a change in a rotational speed of the fluidic module
  • the change in centrifugal force may be a decrease in centrifugal force such that after the removal, a different force is greater than the centrifugal force to drive the portion of the sample through the fluid channel takes place
  • apparatuses and methods of the invention can be readily implemented on centrifugal platforms.
  • the flow resistance of the fluid idkanal and the defined time are coordinated so that it is ensured that during the defined time for a measuring range (for example, a range of viscosities that a sample can typically assume) not the entire Sample is emptied from first chamber, but only part of it.
  • a measuring range for example, a range of viscosities that a sample can typically assume
  • the defined sample volume, the size of the grain Pressurized chamber, the geometry of the fluidic structures and the rotational speed coordinated so that it is ensured that during the defined time, the centrifugal force acting on the liquid (or caused by the rotation centrifugal pressure) is greater than that by the compression of the compressed medium on the Probe acting force (or the pneumatic back pressure), so that no equilibrium state is reached during the defined time.
  • the second chamber or the first fluid channel is provided with a scale that makes it possible to read information that allows a conclusion on the viscosity of the sample.
  • Such reading can be done, for example, by a user or automated by an optical reading device.
  • a stroboscopic device may be provided to allow a user to read during a rotation of the disc.
  • Embodiments of the method according to the invention thus comprise determining the part of the sample which has entered the second fluid chamber in the defined time in order to determine the viscosity of the sample.
  • the device has an optical detection device for acquiring information that allows a conclusion about the viscosity of the sample.
  • the first fluid channel is radially sloping, wherein by increasing the rotational frequency of the part of the sample is driven by centrifugal force from the first fluid chamber into the second fluid chamber.
  • the fluidic structures include a third fluid chamber, wherein a second fluid channel is fluidically connected between the third and first fluid chambers so that the sample is drivable by centrifugal force from the third fluid chamber into the first fluid chamber to transfer the sample into the first fluid chamber Introduce fluid chamber.
  • the fluidic module is rotated at a rotational frequency at which the resulting centripetal force compensates for an overpressure in the first fluid chamber, with no sample being forced through the first fluid channel into the second fluid chamber.
  • the rotational frequency is lowered in a second phase for the defined time, so that is driven by the pressure in the first fluid chamber, the portion of the sample through the first fluid passage in the second fluid chamber.
  • the rotational frequency is increased in a third phase, so that after the defined time no sample is driven through the first fluid channel into the second fluid chamber.
  • the overpressure can be achieved in different ways, for example, by the sample compressing a compressible medium trapped in the first fluid chamber.
  • the overpressure may be generated due to a chemical reaction or an increase in temperature.
  • the first fluid channel has a radially inwardly extending portion and opens at such a radial position in the second fluid chamber, that when introducing the sample from the third chamber into the first chamber, the sample does not reach the second fluid chamber.
  • increased accuracy can be achieved.
  • the first fluid channel and the second fluid channel are designed such that the flow rate in the first fluid channel during the second phase is on average higher than the flow rate in the second fluid channel, so that in the second phase, a larger portion of the sample in the second fluid chamber passes as into the third fluid chamber.
  • the first fluid channel may have a lower flow resistance than the second fluid channel.
  • the hydrostatic height of the first channel may be smaller than that of the second channel, so that in the second phase, a larger part of the sample enters the second fluid chamber than in the third fluid chamber.
  • the fluidic structures include a fourth fluid chamber and a third fluid channel fluidly connected between the first fluid chamber and the fourth fluid chamber, the third fluid channel having a flow resistance that is higher than the flow resistance of the first fluid channel.
  • the drive means is configured to rotate the fluidic module at or below the third phase at a rotational frequency such that the first fluid chamber is emptied into the fourth fluid chamber through the third fluid channel.
  • the first fluid chamber in the third phase, is emptied into the fourth fluid chamber via the third fluid channel.
  • the third fluid channel can be completely filled during the second or third phase, in order then to completely empty the first fluid chamber into the fourth fluid chamber in the third phase.
  • the third fluid channel has a siphon, the radially innermost portion of which is arranged radially further outward than a radial position at which the first fluid channel opens into the second fluid chamber, wherein the third fluid channel opens into the fourth fluid chamber at a position which is radial is arranged further outside than the first fluid chamber.
  • the pressure chamber can be emptied by this siphon.
  • the siphon can be filled in the second phase, so that the first fluid chamber empties in the third phase during rotation of the increased rotational frequency through the siphon.
  • the rotational frequency may be slowly decreased to slowly reduce the overpressure in the first fluid chamber, with frictional forces in the sample having little effect on the fluid dynamics and levels in the first fluid channel and the third fluid channel, and the first Fluid chamber is emptied via the third fluid channel, without sample passes into the second fluid chamber after the third phase.
  • the sample is not transported in a second chamber, but remains in the first fluid channel, which is a resistance channel.
  • the fluid supply region has a second fluid channel which has a larger flow cross section than the first fluid channel and which is coupled in a radially outer region thereof to the first fluid channel.
  • the fluid supply region may be formed such that sufficient centrifugal pressure can be generated by a sample disposed therein.
  • the compression region has a third fluid channel, which has a larger flow cross-section than the first fluid channel.
  • the compression region may be formed such that a sufficiently pneumatic, due to the compressible medium arranged therein Counterpressure can be generated.
  • At least one, several or all of the first, second and third fluid channels have meandering channel sections.
  • Embodiments of the present invention thus provide devices and methods that allow conclusions about the viscosity of liquids in centrifuge rotors through a combination of rotational frequency controlled pressures with viscosity dependent flow resistances.
  • the viscosity-dependent flow resistances can be specially coordinated, for example, depending on the expected viscosity range of the sample to be measured, the sample volume to which the corresponding forces or pressures act, and the like.
  • Embodiments of the invention operate without a reference liquid, are easy to handle, since the measurement can be performed for example with the naked eye by reading a scale, and can also be operated with small sample volumes in the nanoliter range.
  • embodiments of the present invention are particularly useful for the applications described above, for example the food industry, where simple and fast viscosity measurements are needed without expensive or difficult to transport equipment. Furthermore, embodiments of the present invention are therefore also suitable for life sciences, where the viscosity measurement is often expensive due to the very high reagent costs, so that there is a great need for viscosity measurements with small sample volumes.
  • Fig. 1 is a schematic representation for explaining an embodiment with a sloping fluid channel
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining an embodiment having a pressure chamber; an enlarged detail of the embodiment shown in Figure 2;
  • FIG. 4 shows schematic representations of a method using a fluidic module, as shown in FIG. 2; 5 and 6 are schematic views of centrifugal platforms for explaining the invention.
  • Fig. 7 is a schematic representation of the fluidic structures of an embodiment according to the above second aspect.
  • Embodiments of the invention allow the measurement of the viscosity of a sample in centrifuge rotors by a time-defined, centrifugally induced, viscosity-dependent flow of the sample through a fluidic resistance.
  • the amount of liquid that has passed the resistor after the defined time has elapsed or the distance that the fluid has traveled in the fluidic resistance can be used to determine the viscosity of the fluid.
  • the geometries of the chambers and the fluidic resistance can be chosen such that there is a defined relationship between the viscosity of the sample (liquid) and the transported sample amount.
  • the liquid may enter a radially outward chamber from a radially inward chamber through a fluidic resistance by a centrifugal force that occurs for a limited time.
  • the time limit ensures that during the duration of the acting centrifugal force, not all the liquid is transported from the radially inner to the radially outer chamber.
  • the liquid is directed from a radially inner chamber into a radially outer, closed (ie, not vented) pressure chamber.
  • the liquid encloses a compressible medium, so that the pressure in this chamber rises.
  • the pressure chamber is connected via a fluidic resistance with a vented collecting chamber.
  • Embodiments of the invention have geometric structures associated with an associated method for processing sample quantities in the nanoliter Milliliter range up.
  • the geometric structures and method are suitable for determining the viscosity of liquids by varying the rotational frequency in centrifuge rotors.
  • Embodiments of the present invention find particular application in the field of centrifugal microfluidics, which involves the processing of samples in the nanoliter to milliliter range.
  • the fluidic structures may have suitable dimensions in the micrometer range for handling corresponding sample volumes.
  • the sample is a liquid.
  • the sample may also be a suspension or dispersion.
  • the fluidic structures (geometric structures) as well as the associated methods are configured and adapted to achieve the described functionalities, wherein the exact dimensioning and design of the fluidic structures depending on the particular application readily results for those skilled in the art.
  • FIG. 5 shows a rotation system with a fluidic module 10 in the form of a rotary body, which has a substrate 12 and a cover 14.
  • the substrate 12 and the lid 14 may be circular in plan view, with a central opening through which the rotary body 10 may be attached via a conventional fastening means 16 to a rotating part 18 of a drive device.
  • the rotating part 18 is rotatably supported on a stationary part 22 of the drive device 20.
  • the drive device can be, for example, a conventional centrifuge with adjustable rotational speed or even a CD or DVD drive.
  • the driver 20 is configured or programmed to apply rotation to the rotary body 10 required to implement the invention.
  • a controller 24 may be provided as part of the drive means or separately.
  • the controller may be implemented by, for example, a suitably programmed computing device or a user-specific computer. be implemented integrated circuit.
  • the controller 24 may further be configured to control the drive device 20 upon manual inputs by a user to effect the required rotations of the rotating body. In either case, the controller 24 is configured to control the drive device 20 to apply the required rotations to the rotary body to implement the invention as described herein.
  • the drive device 20 a conventional centrifuge with only one direction of rotation can be used.
  • the rotary body 10 has the required geometric structures or fluidic structures.
  • the required fluidic structures may be formed by cavities and channels in the lid 14, the substrate 12 or in the substrate 12 and the lid 14.
  • fluidic structures may be imaged in the substrate 12 while fill openings and vent openings are formed in the lid 14.
  • fluidic modules 32 are inserted into a rotor 30 and together with the rotor 30 form the rotary body 10.
  • the fluidic modules 32 can each have a substrate and a cover, in which corresponding fluidic structures can again be formed.
  • the rotational body 10 formed by the rotor 30 and the fluidic modules 32 in turn can be acted upon by a drive device 20, which is controlled by the control device 24, with a rotation. It is thus apparent that in embodiments the rotation center may be located outside the fluidic module.
  • the fluidic module or body having the fluidic structures may be formed of any suitable material, for example, a plastic such as PMMA (polymethylmethacrylate, polycarbonate, PVC, polyvinylchloride) or POMS (polydimethylsiloxane) glass, Silicon o- or other microstructurable materials that are chemically inert to the sample to be measured.
  • the rotary body 10 may be considered as a centrifugal microfluidic platform.
  • the fluidic resistances can be realized by channels with narrow cross-sections. Typical dimensions of such channels may be between 1 mm x 1 mm and 0.5 ⁇ x 0.5pm.
  • the fluidic module may be formed as a rotor constituting a pure support of any material on which are applied microstructures representing the fluidic structures for measuring viscosity.
  • the Fluidik Designen for viscosity measurement can by means of milling or by lithographic techniques.
  • the samples can represent Newtonian fluids and have viscosities between 0.1 and 10,000 mPas.
  • the rotational body may be configured to withstand rotational frequencies greater than 70 Hz and allow angular accelerations greater than 20 Hz / s.
  • FIG. 1 d) shows a schematic plan view of fluidic structures 100 having an inlet chamber 102, a collection / measurement chamber 104, and a fluid channel 106 fluidly connected between the inlet chamber 102 and the capture / measurement chamber 104. Vents 108 are provided for the inlet chamber 102 and the collection / measurement chamber 104.
  • the inlet chamber 102 represents a first fluid chamber
  • the collecting / measuring chamber 04 represents a second fluid chamber
  • the fluid channel 106 represents a first fluid channel.
  • the fluid channel 106 represents a fluidic resistance. As shown in FIG.
  • the fluid passage 106 is radially sloping with respect to a rotation center 112, that is, an inlet end thereof that opens into the inlet chamber 102 is located radially further inward than an outlet end thereof that opens into the collection / measurement chamber 104, notwithstanding that Fluid channel 106 before the mouth into the collecting / measuring chamber 104 has a radially increasing region.
  • the radially inner inlet chamber 102 is connected by the fluidic resistance in the form of the narrow channel 106 with the radially outer collecting / measuring chamber 104.
  • the inlet chamber 02 is filled with the sample, ie the liquid 1 10.
  • the inlet chamber 102 may be sealed in any manner, such as centrifugally.
  • the fluidic module in which the fluidic structures 100 are formed is rotated at a rotational frequency f 1 , as shown in FIG. 1 a).
  • the low rotational frequency can also be found in the frequency protocol in FIG. 1 e). hen.
  • the centrifugal force generated by the rotation at the frequency f 1 on the liquid 100 is insufficient to drive the liquid from the inlet chamber 102 through the fluidic resistor 106 into the collection / measurement chamber 104. More specifically, the centrifugal force generated by the rotation at the rotational frequency Vietnamese is insufficient to overcome the surface tension of the liquid at the mouth to the trap / measuring chamber 104, so that no liquid enters the trap / measuring chamber 104 during this rotation.
  • a higher rotational frequency f 2 is then applied in the short term, so that a hydrostatic pressure difference is generated between the liquid surface in the inlet chamber 102 and the outlet end of the fluid channel 106.
  • the liquid which flows through the fluidic resistance driven by this pressure, ruptures at the radially outer outlet of the liquid channel 106 and is collected in the collecting / measuring chamber, as shown in Fig. 1 b).
  • the rotational frequency is lowered again to a low rotational frequency f 3 at which the pressure in turn is insufficient to drive fluid into the collecting chamber. This condition is shown in Fig. 1 c).
  • the rotational frequency f 3 may correspond to the rotational frequency f, or a different rotational frequency thereof.
  • the defined time .DELTA. ⁇ is chosen so that only a portion of the amount of liquid from the inlet chamber 102 is transported into the collection chamber 104 by the brief application of centrifugal force, so that from the amount of liquid in the collection chamber 104 on the viscosity of the sample can be concluded.
  • the quantification of the viscosity can be done, for example, by comparison with a standard.
  • the standard can be processed in an identical structure parallel to the liquid to be measured. To be able to do without such a standard, it may be advantageous to carry out a calibration beforehand, so that, given a known frequency protocol and known fluidic resistance, the amount of liquid can also be used directly as a measure of the viscosity.
  • liquids of known viscosity can be processed in advance in advance, so that, for example, a scale can be attached to the collecting / measuring chamber based on which the viscosity can be read directly.
  • reading may be performed while the rotation is stopped or during rotation using a stroboscope setup.
  • a corresponding procedure can be used for all described embodiments.
  • the rotational frequencies fi and f 3 may be zero.
  • Fluidic structures 198 of another embodiment, which may be formed in a corresponding fluidic module or body of revolution, will now be described with reference to FIG.
  • the fluidic structures have a filling chamber 200 with a sample inlet 202.
  • the filling chamber 200 is connected via a radially sloping filling channel 204 to a fluid chamber 206, which has a measuring chamber 208 and an excess chamber 210.
  • a vent 212 is provided for the fluid chamber 206.
  • Radially inner ends of the measuring chamber 208 and the excess chamber 210 are coupled via a channel region 214, so that a defined volume of liquid can be introduced into the measuring chamber 208, while excess liquid passes into the excess chamber 210 via the channel region 214.
  • An inlet passage 216 is fluidically connected between a radially outer end of the measuring chamber 208 and, thus, the fluid chamber 206 and a pressure chamber 218.
  • the inlet channel 216 opens into a channel section 220, which opens into the pressure chamber 218.
  • the inlet passage 216 could open directly into the pressure chamber 218.
  • the fluidic structures 198 further include a fluid channel 222 fluidly connected between the pressure chamber 218 and an overflow chamber 224.
  • a radially outer end of the channel 222 opens into the channel portion 220, while a radially inner end of the channel 222 opens into the overflow chamber 224.
  • the channel 222 could open directly into the pressure chamber 218.
  • the overflow chamber 224 has a vent 226.
  • the overflow chamber 224 is provided with a scale 228, which allows reading of the viscosity of a fluid information.
  • the pressure chamber has in the embodiment shown a section 218a for a compressible medium and a region 218b for liquid.
  • the fluidic structures 198 further optionally include a drain chamber 230 and a drain passage 232 fluidly connected between the pressure chamber 218 and the drain chamber 230.
  • a vent 234 is provided for the drain chamber 230.
  • the drainage channel 232 has a siphon 232a (FIG. 3), the radially inner end of which is arranged radially further outward than the position at which the measuring channel 222 opens into the overflow chamber 224.
  • FIG. 3 shows an enlarged detail of FIG. 2, with FIG. 3 schematically showing a capillary valve 240 used to meter a predetermined volume of the liquid in the measuring chamber 208.
  • the capillary valve may be closed up to a certain rotational frequency and open from this rotational frequency.
  • a region in which the measuring channel 222 opens into the overflow chamber 224 shown in a further magnification X.
  • the metering channel has a flared portion 222a at its radially inner end, which opens into the overflow chamber 224.
  • the region 222a may thus be considered as a radially inwardly extending expansion of the measurement channel 222 designed to compensate for capillary effects.
  • section 222a represents an enlargement of the channel cross-section in front of the liquid's trailing edge, the location of the liquid trailing edge being defined in FIG. 3 by a trailing edge designated by reference numeral 250.
  • the fluid channel 222 may have a lower flow resistance than the inlet channel 216.
  • a lower flow resistance may be implemented in each case by a larger flow cross-section and / or a shorter length.
  • the drain channel 232 has a larger flow resistance than the fluid channel 222. This may be implemented, for example, by a small flow area, as indicated by a portion 232c of the drain channel 232 in FIG.
  • the pressure chamber 218 is closed, that is not vented, so that a compressible medium, for example air, arranged in the pressure chamber 218 can be compressed by a liquid which is introduced centrifugally via the inlet channel 216 into the pressure chamber 218.
  • FIG. 4 shows phases during the execution of the method in sections a) to e) and shows an associated frequency protocol in section f).
  • the sample is filled into the radially inner filling chamber 200.
  • the liquid from the filling chamber 200 is transferred by centrifugal force into the fluid chamber 206.
  • a defined amount of liquid in the measuring chamber 208 is metered, while excess portions of the liquid reach the excess chamber 210.
  • FIGS. 4a) and 4b) show the liquid levels at successive times.
  • the liquid is introduced by turning at a first frequency f 4 in the pressure chamber 218, at the same time the level in the measuring channel 222 increases.
  • the air in the pressure chamber 218 is compressed, as shown in FIG. 4b), wherein the level in the measuring channel 222 reaches the extended portion 222a, see FIG. 4b).
  • the other part of the measuring channel 222 (ie the part with the smaller flow cross-section) represents the fluidic resistance, which determines the amount of liquid in the overflow chamber 224 after the end of the processing according to the described operating principle.
  • the measuring channel 22 with the radially inwardly extending part is filled during the transfer of the sample from the mixing chamber 208 into the pressure chamber 218. The resulting hydrostatic pressure ensures that no liquid enters the overflow chamber 224 during this phase.
  • the measuring channel 222 includes a widening 222a, in which the meniscus of the liquid is at a constant high rotational frequency f after the transfer has been completed.
  • a third phase takes place, in which the rotational frequency is increased again.
  • the transfer from the pressure chamber 218 into the overflow chamber 224 is stopped because the hydrostatic pressure in the measurement channel 222 between the pressure chamber 218 and the overflow chamber 224 can compensate for the remaining overpressure in the pressure chamber 218.
  • the amount of liquid collected in the overflow chamber can now be evaluated as a measure of the viscosity of the sample. This condition is shown in Fig. 4d), wherein the rotational frequency has been lowered to the low frequency f 6 .
  • the rotational frequency f 6 may for example correspond to the rotational frequency f 4 or may differ from this.
  • the fluidic structures in this embodiment have an additional structure that can improve handling.
  • This additional structure consists in the drain chamber 230, which lies radially further outward compared to the pressure chamber 218 and which is connected to the pressure chamber 218 by a comparatively high fluidic resistance, which is formed by the fluid channel 232.
  • the fluid channel 232 between the pressure chamber and the drain chamber is filled during the transfer of the liquid from the measuring chamber 208 into the pressure chamber 218. As a result, liquid begins to flow into the discharge chamber 230 from this point in time. Due to the comparatively high fluidic resistance, the amount of liquid in the drain chamber 230 at the time of reducing the rotational frequency is small compared with the amount of liquid in the pressure chamber 218.
  • the increased rotation frequency can be maintained for a sufficiently long period of time to transfer the remaining amount of liquid from the pressure chamber via the drain passage 232 into the drain chamber 230.
  • the fluidic module or the rotational body can be stopped without additional liquid in the Matteriaufhunt 224 passes, which can also determine the level of the sample in the overflow chamber at standstill of the fluidic module or the rotating body.
  • the communication passage between the pressure chamber 218 and the drain chamber 230 includes a radially inwardly extending portion through which the siphon structure 232a is realized. This allows the filling of this connection channel - up to the time of reducing the rotational frequency - delay. This reduces the loss of liquid from the pressure chamber 218 into the drain chamber 230 during fluid transfer from the metering chamber 208 into the pressure chamber 218 and allows for the selection of a lower fluidic resistance between the pressure chamber 218 and the drain chamber 230 without compromising functionality.
  • the rotational frequency may be slowly reduced after the third phase, starting from the rotational frequency f 6, to slowly reduce the overpressure in the pressure chamber 218, with frictional forces in the sample having little effect on the fluid dynamics and levels in the fluid Measuring channel 222 and the drain channel 232 have.
  • the pressure chamber 218 can be emptied via the drainage channel 232, without sample after the third phase passes through the measuring channel 222 in the drain chamber 224. This can be ensured because the innermost point of the siphon 232a is arranged radially further out than the radial position at which the measuring channel 222 opens into the overflow chamber 224.
  • the measurement channel 222 has the smallest flow resistance of the fluid channels 216, 222, and 232, while the drain channel 232 has the largest flow resistance of this fluid channel.
  • the sample is allowed to pass from the first fluid chamber into the second fluid chamber through the fluid channel, which is a fluidic resistance, ensured by the short duration ⁇ in that the entire sample quantity does not run from the first fluid chamber into the second fluid chamber.
  • the pressure chamber 218 constitutes a first fluid chamber
  • the overflow chamber 224 constitutes a second fluid chamber
  • the fluid chamber 210 represents a third fluid chamber
  • the drain passage 230 represents a fourth fluid chamber
  • Measuring channel 222 represents an first fluid kana!
  • the inlet channel 216 represents a second fluid channel and the outlet channel 232 represents a third fluid channel.
  • the fluidic structures have an inlet, for example in the form of an inlet chamber 700.
  • a radially inner end of a fluid channel 702 is fluidly connected to a radially outer end of the inlet chamber 700.
  • the fluid channel 702 represents a ready-to-use position range.
  • the fluid channel 702 has a meandering portion 702a that serves as a sample storage portion and may be referred to as a storage meander.
  • a radially outer portion 702b of the fluid channel 702 is fluidly coupled to one end of a first fluid channel 704, which is a fluidic resistance. More specifically, a radially inward extending portion 702c of the radially outer portion 702b is fluidically coupled to the one end of the first fluid channel 704.
  • a second end of the fluid channel 704 is fluidly coupled to a compression region 706.
  • the compression region is designed to receive a compressible medium, such as a gas, such as air, and to allow compression of the compressible medium.
  • the compression region is not vented or vented only negligible at least at the times when the compressible medium is to be compressed.
  • the compression region is formed by a meandering channel.
  • the compression region could also be formed by a compression chamber.
  • the fluid delivery area is formed by a fluid channel, while in alternative embodiments it could be formed by other fluidic structures, for example a fluid chamber.
  • the fluid channel 704 and the channel of the compression region 706 are meandering.
  • the device comprises a metering device 710 which is designed to introduce a defined volume of the sample or liquid into the fluid channel 702, which represents the fluid supply region.
  • the metering device 710 has an overflow channel 712 and a venting channel 714.
  • a first end of the overflow channel 712 opens into the fluid channel 702 upstream of (or radially inward of) the meandering portion 702a.
  • a second end of the overflow channel 712 terminates in a vented overflow chamber 716.
  • a first end of the vent channel 714 opens downstream of the (FIG.
  • the overflow channel 712 has a portion 712a between the first end and the area into which the venting channel 714 opens in which the flow resistance is higher (or the flow cross section is lower) than in other areas thereof.
  • the metering device has the function of metering a defined volume of the sample in the sample delivery area.
  • the metering device could have a different structure. For example, only a simple overflow structure could be provided which allows filling of the sample delivery area up to a certain level and discharges excess sample, eg into an overflow or waste chamber.
  • the fluid channel 702 has the function of a pressure generating channel when centrifugal force is exerted on the sample or liquid therein by a rotation of the fluidic module in which the fluidic structures are formed.
  • the compression region 706 has the function of a pressure meander when the compressible medium is compressed therein.
  • the fluidic structures may be configured such that upon rotation of the fluidic module at a first rotational frequency during a first phase, the fluid delivery area is filled with a defined volume of the sample while excess sample enters an overflow chamber or waste chamber and enters Balance state between centrifugal pressure and pneumatic back pressure sets.
  • a meniscus of the liquid may stop at a position before the sample enters the first fluid channel, which represents the fluidic resistance, passes, for example, the position P shown in Fig. 7.
  • the meniscus of the sample at the equilibrium state could stop at a position that is a distance within the first fluid channel.
  • the increase in the rotational frequency is then terminated before an equilibrium state would again be reached, so that the distance to which the sample fills the first fluid channel after the second phase is a measure of the viscosity of the sample.
  • Corresponding information which is a measure of the viscosity of the sample, can be read by a user or automatically detected by an optical detection device.
  • the first fluid channel may be provided with a scale which may facilitate reading or detection.
  • sample is introduced into the inlet chamber 700, wherein, for example, a volume of 5 ⁇ may be sufficient.
  • the introduction of the sample can be carried out at a rotational frequency of 0 Hz.
  • an acceleration to a first rotational frequency takes place in order to start filling the fluid channel 702 and in particular the meandering section 702a thereof.
  • the first rotation frequency may be, for example, -20 Hz.
  • the fluid channel 702 is vented via the vent channel 714.
  • the small flow cross-section of the portion 702a ensures that the mouth of the venting channel 714 remains dry in the overflow channel 712 during the filling of the meandering portion 702a.
  • the venting connection ie, the venting channel becomes 714, and the fluid channel 702 continues to fill or the pressure generating channel begins to fill below the mouth of the vent channel 714.
  • the meniscus stops at an equilibrium point where the centrifugal pressure and the pneumatic back pressure cancel, see point P ; in Fig. 7.
  • excess sample is discharged through the weir passage 712 into the weir chamber 718.
  • a defined volume of the introduced volume is metered by the metering device 710, for example a volume of 3 .mu. ⁇ , whereby excess sample reaches the overflow chamber 716. From this condition, the second phase of the viscosity measurement can begin.
  • the rotational frequency is abruptly increased for a defined period of time to a second rotational frequency which is higher than the first rotational frequency.
  • the centrifugal pressure outweighs the pneumatic counter-pressure and pushes the liquid into the first fluid line against the supplied by the compressible medium pneumatic back pressure in the first fluid channel.
  • the defined time period is shorter than the time that would be required for the corresponding increase in the rotational frequency in order to achieve an equilibrium state again.
  • the increase in the rotational frequency, the defined time period and the liquid and compression medium volumes are set to cause a detectable movement of the meniscus of the sample into the first fluid channel, for example to one of the positions P 2 or P 3 shown in FIG.
  • the actual distance that the meniscus of the sample shifts into the first fluid channel depends on the viscosity of the sample as long as the defined time period is short enough to prevent an equilibrium state between that caused by the rotational speed in the second phase Centrifugal pressure and the pneumatic back pressure occurs.
  • the area then filled or the filled distance of the first fluid channel is a measure of the viscosity of the sample.
  • the filled area can be detected, for example, by manually or automatically detecting the meniscus of the sample.
  • the determination of the filled area or the filled distance may be made optically during or after the period of the increased rotation speed. This determination may be supported by indicators, such as the arcuate channel segments shown in FIG. However, a more accurate readout is possible with a camera, which can already be done during the rotation.
  • stopping the fluid flow after the defined period of time can be accomplished in other ways.
  • the first channel may be completely lined with a wax. If after the defined time available to the sample to move through the first fluid channel, the wax is melted, this will cause the channel to become completely closed immediately. The liquid will have come as far as it could according to its viscosity in the defined time. Thus, the stopping would not be brought about by reducing the rotational frequency but by irradiating light to melt the wax.
  • stopping the flow into the first fluid channel may also be accomplished by closing the fluid delivery area so that thereafter there is no longer any compressible medium that could expand. In this case, the drive pressure would disappear after the defined time - also without the rotation frequency would have to be reduced.
  • the channels themselves (staging area or first channel) to collapse at a multiplicity of defined points by irradiation of light, so that they can be closed off without an additional substance after the defined time, to freeze the state given at that time - which would still depend on the viscosity of the sample.
  • the compression region is formed as a meander-shaped fluid channel.
  • the respective longer sections of the meander structure may extend in a substantially azimuthal direction.
  • a meander-shaped configuration is advantageous because it can prevent the effect of an elastic increase in volume, which can be prevented in flexible film materials, which can be used, for example, as covers for the fluidic structures.
  • the first fluid channel is formed as a meandering structure.
  • the respective longer sections of the meander structure may extend in a substantially azimuthal direction.
  • Such a structure is advantageous because it can minimize the difference in radial position and further maximize fluidic resistance, enabling the measurement of both small and large viscosities.
  • sample volumes of 5 ⁇ may be sufficient to determine the viscosity.
  • the range of viscosities that can be determined may be higher, for example, from 1 to 500 mPAS.
  • the process time can be reduced and is much less dependent on the viscosity of the sample. A reduction of the process time from ⁇ 10 min to ⁇ 30 s may be possible.
  • another pressure-based way to achieve the principle of operation may be to work with negative pressure rather than overpressure.
  • the inlet area could be closed after introduction of the sample and metering of the sample could take place without venting.
  • the metering could take place before venting.
  • an equilibrium state during the first phase could then arise due to the negative pressure which arises due to the transfer of liquid volumes from the provision region into a storage region, for example a storage meander.
  • the rotational frequency is increased, sample would enter the first fluid channel against an increasing negative pressure, i. the operating principle would remain the same.
  • the increased negative pressure in the fluid preparation division region would result in the fluid not flowing or flowing back further into the first fluid channel.
  • a compression range is not required in such embodiments.
  • Embodiments of the present invention thus allow the determination of the viscosity of samples, while at the same time many advantages can be obtained. It requires only a sample amount of a few nl to 100 ⁇ , the inventive approach with a simple measurement setup and a simple measurement process requires. The viscosity can be read easily. The approach is favorable and can be produced in mass production fluidic modules or rotary bodies or rotors can be used for the viscosity measurement. These advantages enable embodiments of the present invention for the first time by the implementation of a viscosity measurement on a centrifugal platform, wherein a simple evaluation by reading with the naked eye is possible with a small sample volume range.
  • embodiments of the invention provide geometric structures and methods that permit the determination of the viscosity of a sample on a centrifugal rotor, the rotor having at least first and second chambers interconnected by fluidic resistance and between these chambers temporally defined and centrifugally induced flow of the sample occurs, which is used for viscosity determination.
  • the integral volume of the time-limited flow through the fluidic resistance can be used for the viscosity determination.
  • the first chamber may be radially further inward than the second chamber, and the flow of the sample from the first chamber to the second chamber may be induced by increasing the rotational frequency.
  • the first chamber may have a volume defining function.
  • the second chamber may have a suitable geometry to allow, by means of an attached additional scale, a reading of the viscosity of the sample after completion of the measurement.
  • the first and / or second chamber may be vented.
  • at least one third chamber may be present, which lies radially further inward than the non-vented first chamber and is connected thereto, so that the sample passes from the third chamber into the first chamber by centrifugation and there Overpressure is generated, whereby this overpressure induces the flow of the sample from the first chamber into the second chamber, reducing the overpressure compensating centripetal force.
  • the overpressure can be generated, inter alia, by a displaced by the sample compressible medium, by gas evolution due to a chemical reaction or by an increase in temperature.
  • the pressure generation in the first chamber can be done by displacement of a compressible medium.
  • the third chamber may be vented.
  • the fluidic resistance between the first chamber and the second chamber may be a radial one inside running component include.
  • the fluid level of the sample in fluidic resistance between the first chamber and the second chamber while the sample is substantially transferred from the third chamber to the first chamber may not reach the inlet point of the second chamber.
  • the geometry of the fluidic resistor may be suitable for reducing the influence of capillary forces on the fluid level in the fluidic resistance upon completion of the transfer from the third chamber to the first chamber.
  • At least one fourth chamber may be present, which is connected to the first chamber via a fluidic resistance and whose inlet is located radially further outward with respect to the first chamber.
  • the fluidic resistance between the first and fourth chambers may be greater than the fluidic resistance of any other connection between the first to fourth chambers.
  • the fluidic resistance between the first and fourth chambers may take the form of a siphon.
  • the fourth chamber is vented.
  • Embodiments of the invention thus rely on the use of centripetal force for the direct or indirect actuation of a sample for viscosity measurement. Embodiments also allow the use of lithographic techniques to achieve very small amounts of sample, which are at least not inferior with known methods. Embodiments of the invention utilize direct centripetal fluid actuation whereby a time-limited centripetal force can be used by briefly increasing the rotational frequency of the rotor and then reducing the rotational frequency to stop the flow of the sample.
  • Embodiments of the invention utilize indirect fluid actuation by a centripetally induced positive pressure in a chamber, this overpressure principle being used for viscosity measurement by providing rotation for a short period of time during which the overpressure is not compensated by the centripetally generated hydrostatic pressure.
  • Embodiments also have a fourth drain chamber, so that it is possible to determine the viscosity based on the level at standstill of the fluidic module or the rotating body (disk).
  • Embodiments of the invention make it possible to determine the viscosity without a reference standard and to provide a simple reading option.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Centrifugal Separators (AREA)
  • Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)

Abstract

Eine Vorrichtung, die Rückschlüsse über die Viskosität einer Probe ermöglicht, weist ein Fluidikmodul auf, das um ein Rotationszentrum drehbar ist. Fluidikstrukturen sind in dem Fluidikmodul gebildet, die einen Fluidbereitstellungsbereich und einen ersten Fluidkanal, der einen fluidischen Widerstand darstellt und der fluidisch mit dem Fluidbereitstellungs bereich gekoppelt ist, aufweisen. Eine Antriebseinrichtung, die konfiguriert ist, um das Fluidikmodul für eine definierte Zeit mit einer solchen Rotation zu beaufschlagen, dass zentrifugal induziert in der definierten Zeit ein Teil einer Probe in oder durch den ersten Fluidkanal gelangt, ist vorgesehen. Der Teil der Probe, der in der definierten Zeit in oder durch den ersten Fluidkanal gelangt, ist ein Maß für die Viskosität der Probe.

Description

Vorrichtung und Verfahren, die Rückschlüsse über die Viskosität einer Probe ermöglichen Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen und Verfahren, die Rückschlüsse über die Viskosität einer Probe ermöglichen, und insbesondere Vorrichtungen und Verfahren, die geeignet sind, um die Viskosität von Flüssigkeiten in einem Zentrifugenrotor zu bestimmen.
Rotoren zur Prozessierung von Flüssigkeiten werden insbesondere in der zentrifugalen Mikrofluidik eingesetzt. Entsprechende Rotoren beinhalten Kammern zum Auffangen von Flüssigkeit und Kanäle für die Fluidführung. Unter zentripetaler Beschleunigung des Ro- tors wird die Flüssigkeit radial nach außen gedrückt und kann durch entsprechende Fluidführung somit zu einer radial äußeren Position gelangen. Ebenfalls unter geeigneter Fluidführung können kompressible Medien in Kammern eingeschlossen werden, wobei dadurch drehfrequenzgesteuert Überdrücke und Unterdrücke zur Aktuierung von Flüssigkeiten erzeugt werden können. Beispielsweise sind aus der DE 1020 2202775 A1 Vor- richtungen und Verfahren zum radial einwärts gerichteten Pumpen einer Flüssigkeit unter Verwendung eines in einer Kompressionskammer komprimierten Mediums unter Ausnutzung unterschiedlicher Drehfrequenzen bekannt.
Viskositätsbestimmungen von Flüssigkeiten sind in vielen technischen Bereichen von großer Bedeutung. Dazu gehören die Nahrungsmittelproduktion, in der die Viskosität als Qualitätsfaktor dienen kann, ebenso wie die Lebenswissenschaften, in denen die Viskosität von Reagenzien einen wichtigen Parameter für die Prozessierbarkeit der Reagenzien in Laborabläufen darstellt. Auch im Pharmabereich ist eine genaue Charakterisierung flüssiger Reagenzien von essentieller Bedeutung. Ein wichtiger Parameter für die Prozes- sierbarkeit von Reagenzien ist die Viskosität auch auf Lab-on-Chip-Systemen.
Verschiedene Methoden zur Bestimmung der Viskosität sind bekannt. Ein bekanntes Verfahren verwendet sogenannte Kugelfallviskosimeter, bei denen eine Kugel durch ein mit Probe gefülltes Rohr fallengelassen wird. Aus der Zeit, die die Kugel benötigt, um eine bestimmte Strecke zurückzulegen, kann auf die Viskosität der Probe rückgeschlossen werden. Kugelfallviskosimeter sind bereits erhältlich, wobei das Rohr jedoch jeweils mit der Probe gefüllt sein muss, was ein großes Probenvolumen voraussetzt. Die Firma Anton-Paar bietet beispielsweise Kugelfallviskosimeter mit Mindestprobenvolumen hinunter bis zu 100 μΙ an. Ferner sind Rotations- und Oszillations-Viskosimeter bekannt, die aus zwei gegeneinander drehbaren Platten bestehen, wobei in einen Spalt zwischen den Platten eine Probe eingebracht wird. Die notwendige Kraft, um eine der Platten zu rotieren, lässt Rückschlüsse auf die Viskosität der Probe zu. Auch solche Viskosimeter sind bereits erhältlich, wobei für die Messung ein großes Probenvolumen typischerweise im Bereich von 1 ml benötigt wird.
Sogenannte Prozessviskosimeter sind dazu ausgelegt, die Viskosität kontinuierlich direkt während eines Prozesses zu messen. Dabei kann die Messung sowohl online als auch inline erfolgen. Eine einfache Ausführung eines Prozessviskosimeters misst beispielswei- se den Druck am Eingang und am Ausgang einer durchflossenen Kapillare, um über den Druckverlust auf die Viskosität rückzuschließen. Hinsichtlich solcher Viskosimeter kann beispielsweise auf die Web-Seite www.brookfieldengineering.com und dort das Produkt „KV100 Capillary Viscometer" verwiesen werden. Aufgrund des Messprinzips im Durch- fluss müssen auch hier größere Probenvolumen für eine Messung herangezogen werden.
Bei anderen bekannten Prozessviskosimetern wird die Probe mit einem Resonator in Schwingung versetzt und die Dämpfung des Resonators wird bestimmt. Solche Verfahren sind beispielsweise aus der US 4,920,787 und der US 5,837,885 bekannt. Die Eidgenössische Technische Hochschule Zürich hat basierend auf dieser Methode Prototypen ge- zeigt, die die Viskosität in Probenvolumen ab 6 μΙ bestimmen können, siehe www.zfm.ethz.ch/e/viscometry/recent_developments.htm.
Bei G.F. Christopher u.a.,„Development of a MEMS based dynamic rheometer", Lab Chip 2010, 10, 2749-2757, sind MEMS-Viskosimeter beschrieben, die kleinste Viskosimeter darstellen, die aus Silizium hergestellt werden können. Durch die extrem kleine Bauweise können Probenvolumen von 5 nl untersucht werden. Allerdings ist der experimentelle Aufbau sehr komplex und erfordert sowohl genaueste Spritzenpumpen als auch eine Hochgeschwindigkeitskamera Schließlich ist es bekannt, die Viskosität in mikrofluidischen Kanälen zu bestimmen. Hierzu wird allerdings eine Referenzflüssigkeit bekannter Viskosität benötigt. Probe- und Re- ferenzflüssigkeit werden in einem kontinuierlichen FIuss in einen mikrofluidischen Kanal eingeströmt, so dass sich eine Laminarströmung ausbildet. Bei bekannter Flussrate der beiden Flüssigkeiten lässt sich aus dem Ort der Phasengrenze im Kanal die Viskosität der Probe berechnen, wie bei P. Guillot u.a.,„Viscosimeter on a Microfluidic Chip", Langmuir, Vol. 22, Nr. 14, 2006, Seiten 6438-6445, beschrieben ist.
Einen Überblick über MikroVorrichtungen zur Rheometrie von elastischen Flüssigkeiten geringer Viskosität geben F.J. Galindo-Rosalis u.a., .Microdevices for extensional rheo- metry of low viscosity elastic iiquids: a review", Mikrofluid Nanofluid (2013), 14:1-19.
Bekannte Verfahren zur Viskositätsmessung weisen mehrere Nachteile auf, da sie entweder ein großes Probenvolumen von 100 μΙ bis 1 ml oder mehr benötigen, oder der Messaufbau bzw. die Messung sehr komplex sind, wobei teilweise eine Referenzflüssigkeit bekannter Viskosität benötigt wird. Häufig vereinen bekannte Verfahren sogar mehre- re dieser Nachteile.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Vorrichtungen und Verfahren zu schaffen, die auf einfache und schnelle Weise Rückschlüsse über die Viskosität einer Probe ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 19 oder 27 gelöst.
Ausführungsbeispiele der Erfindung schaffen eine Vorrichtung, die Rückschlüsse über die Viskosität einer Probe ermöglicht, mit folgenden Merkmalen: einem Fluidikmodul, das um ein Rotationszentrum drehbar ist;
Fluidikstrukturen in dem Fluidikmodul, die einen Fluidbereitstellungsbereich und einen ersten Fluidkanal, der einen fluidischen Widerstand darstellt und der fluidisch mit dem Fluidbereitstellungsbereich gekoppelt ist, aufweisen; und einer Antriebseinrichtung, die konfiguriert ist, um das Fluidikmodul für eine definierte Zeit mit einer solchen Rotation zu beaufschlagen, dass zentrifugal induziert in der definierten Zeit ein Teil einer Probe aus dem Fluidbereitsieilungsbereich in oder durch den ersten Fluidkanal, wobei der Teil der Probe, der in der definierten Zeit in oder durch den ersten Fluidkanal gelangt, ein Maß für die Viskosität der Probe ist.
Gemäß einem ersten Aspekt einer solchen Vorrichtung ist der Fiuidbereitsteliungsbereich eine erste Fluidkammer, wobei die Fluidikstrukturen eine zweite Fluidkammer aufweisen, wobei der erste Fluidkanal fluidisch zwischen die erste Fluidkammer und die zweite Fluidkammer geschaltet ist, wobei in der definierten Zeit ein Teil der Probe durch den ersten Fluidkanal in die zweite Fluidkammer gelangt, wobei der Teil der Probe, der in der definierten Zeit in die zweite Fluidkammer gelangt, ein Maß für die Viskosität der Probe ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt einer solchen Vorrichtung ist der Fiuidbereitsteliungsbereich ausgelegt, um ein definiertes Probenvolumen bereitzustellen, wobei die Antriebseinrichtung ausgelegt ist, um das Fluidikmodul mit einer solchen Rotation zu beaufschlagen, dass ausgehend von einem Gleichgewichtszustand ein Teil der Probe gegen einen pneumatischen Überdruck oder gegen einen pneumatischen Unterdruck in den ersten Fluidkanal gelangt, wobei die Distanz, bis zu der nach der definierten Zeit die Probe den ersten Fluidkanal füllt, ein Maß für die Viskosität der Probe ist.
Gemäß Ausführungsbeispielen des zweiten Aspekts ist ein erstes Ende des ersten Fluid- kanals mit dem Fiuidbereitsteliungsbereich fluidisch gekoppelt, und ist ein zweites Ende des ersten Fluidkanals mit einem Kompressionsbereich fluidisch gekoppelt , der ausgelegt ist, um ein darin eingeschlossenes kompressibles Medium zu komprimieren, wobei in der definierten Zeit ein Teil der Probe aus dem Fiuidbereitsteliungsbereich in den ersten Fluidkanal gelangt und dadurch das kompressible Medium komprimiert, wodurch der pneu- matische Überdrück erzeugt wird.
Gemäß Ausführungsbeispielen des zweiten Aspekts ist der Fiuidbereitsteliungsbereich zumindest während der definierten Zeit verschließbar, so dass dadurch, dass ein Teil der Probe aus dem Fiuidbereitsteliungsbereich in den ersten Fluidkanal gelangt, in dem Flu- idbereitstel!ungsbereich der pneumatische Unterdruck erzeugt wird, gegen den die Probe in den ersten Fluidkanal gelangt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung schaffen ein Verfahren, das Rückschlüsse über die Viskosität einer Probe ermöglicht, mit folgenden Merkmalen; in einer ersten Phase, Drehen des Fluidikmoduls einer Vorrichtung gemäß dem obigen ersten Aspekt, mit keiner oder einer solchen Drehfrequenz, dass keine Probe durch den ersten Fiuidkanal in die zweite Fiuidkammer gelangt; in einer zweiten Phase, Drehen des Fluidikmoduls für eine definierte Zeit mit einer solchen Drehfrequenz, dass zentrifugal induziert in der definierten Zeit ein Teil einer Probe aus der ersten Fiuidkammer durch den ersten Fiuidkanal in die zweite Fiuidkammer gelangt; und in einer dritten Phase, Drehen des Fluidikmoduls nach der definierten Zeit mit keiner oder einer solchen Drehfrequenz, dass keine Probe durch den ersten Fiuidkanal in die zweite Fiuidkammer gelangt, wobei der Teil der Probe, der in der zweiten Phase in der definierten Zeit in die zweite Fiuidkammer gelangt, ein Maß für die Viskosität der Probe ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung schaffen ein Verfahren, das Rückschlüsse über die Viskosität einer Probe ermöglicht, mit folgenden Merkmalen: in einer ersten Phase, Drehen des Fluidikmoduls einer Vorrichtung gemäß dem obigen zweiten Aspekt mit keiner oder einer solchen Drehfrequenz, dass keine Probe in den ersten Fiuidkanal gelangt oder nur bis zu einer ersten Distanz in den ersten Fiuidkanal gelangt; in einer zweiten Phase, Drehen des Fluidikmoduls für eine definierte Zeit mit einer solchen Drehfrequenz, dass zentrifugal induziert in der definierten Zeit ein Teil einer Probe aus dem Fluidbereitstellungsbereich in den ersten Fiuidkanal gelangt, so dass die Probe den ersten Fiuidkanal bis zu einer zweiten Distanz, die größer ist als die erste Distanz, füllt, wobei die definierte Zeit nicht ausreicht, um einen Gleichgewichtszustand zwischen dem durch die Drehung wirkenden Zentrifugaidruck und dem pneumatischen Überdruck oder Unterdruck zu erreichen; und in einer dritten Phase, Stoppen des Fluidflusses in den ersten Fiuidkanal nach der definierten Zeit, wobei die zweite Distanz, bis zu der nach der definierten Zeit die Probe den ersten Fluidkanal füllt, ein Maß für die Viskosität der Probe ist.
Das Stoppen des Fluidflusses in den ersten Fluidkanal kann durch Drehen des Fluidikmo- duls nach der definierten Zeit mit keiner oder einer solchen Drehfrequenz, dass der pneumatische Überdruck oder Unterdruck gleich oder größer ist als der Zentrifugaldruck, so dass keine weitere Probe aus dem Fluidbereitstellungsbereich in den ersten Fluidkanal gelangt, erfolgen. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann des Stoppen auf andere Weise bewirkt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung basieren auf der Erkenntnis, dass Rückschlüsse über die Viskosität einer Probe auf einfache und schnelle Weise möglich sind, indem eine Kraft, die benötigt wird, um eine Probe durch einen Fluidkanal aus einer ersten Kammer in eine zweite Kammer oder um eine Probe teilweise, d.h. nicht vollständig, durch den Fluid- kanal zu treiben, zentrifugal induziert wird. Der Fluidkanal stellt einen solchen Flusswiderstand dar, dass eine Flussrate durch denselben von der Viskosität der Probe abhängt, so dass der Teil der Probe, der in der zweiten Phase in der definierten Zeit in die Fluidkam- mer gelangt, oder der in den Fluidkanal gelangt und durch die Kompression eines kom- pressiblen Mediums eine Gegenkraft erfährt, ein Maß für die Viskosität der Probe ist. Un- ter dem Ausdruck„zentrifugal induziert" wird dabei hierin verstanden, dass sich eine Zentrifugalkraft, die auf die Probe wirkt, ändert, beispielsweise aufgrund einer Änderung einer Drehgeschwindigkeit des Fluidikmoduls. Bei Ausführungsbeispielen kann die Änderung der Zentrifugalkraft eine Zunahme der Zentrifugalkraft sein. Bei Ausführungsbeispielen kann die Änderung der Zentrifugalkraft eine Abnahme der Zentrifugalkraft sein, so dass nach der Abnahme eine andere Kraft größer ist als die Zentrifugalkraft, um den Teil der Probe durch den Fluidkanal zu treiben. Dadurch, dass erfindungsgemäß das Treiben der Probe durch den Fluidkanal zentrifugal induziert stattfindet, können erfindungsgemäße Vorrichtungen und Verfahren ohne Weiteres auf zentrifugalen Plattformen implementiert werden.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß dem ersten Aspekt sind der Flusswiderstand des Flu- idkanals und die definierte Zeit so aufeinander abgestimmt, dass sichergestellt ist, dass während der definierten Zeit für einen Messbereich (beispielsweise einen Bereich von Viskositäten, die eine Probe typischerweise annehmen kann) nicht die gesamte Probe aus ersten Kammer entleert wird, sondern nur ein Teil derselben. Bei Ausführungsbeispielen gemäß dem zweiten Aspekt sind das definierte Probenvolumen, die Größe der Korn- pressionskammer, die Geometrie der Fluidikstrukturen und die Rotationsgeschwindigkeit so aufeinander abgestimmt, dass sichergestellt ist, dass während der definierten Zeit die auf die Flüssigkeit wirkende Zentrifugalkraft (bzw. der durch die Rotation bewirkte Zentrifugaldruck) größer ist als die durch die Kompression des komprimierten Mediums auf die Probe wirkende Kraft (bzw. der pneumatische Gegendruck), so dass während der definierten Zeit kein Gleichgewichtszustand erreicht wird.
Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung ist die zweite Kammer oder der erste Fluidkanal mit einer Skala versehen, die es ermöglicht, Informationen, die einen Rückschluss auf die Viskosität der Probe zulassen, abzulesen. Ein solches Ablesen kann beispielsweise durch einen Benutzer oder automatisiert durch eine optische Leseeinrichtung erfolgen. Eine Stroboskopeinrichtung kann vorgesehen sein, um einem Benutzer ein Ablesen während einer Drehung der Scheibe zu ermöglichen. Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassen somit ein Ermitteln des Teils der Probe, der in der definierten Zeit in die zweite Fluidkammer gelangt ist, um die Viskosität der Probe zu bestimmen. Somit sind auf einfache und schnelle Weise Rückschlüsse über die Viskosität einer Probe möglich. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung weist die Vorrichtung eine optische Erfassungseinrichtung zum Erfassen von Informationen, die einen Rückschluss auf die Viskosität der Probe zulassen, auf.
Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung ist der erste Fluidkanal radial abfallend, wobei durch eine Erhöhung der Drehfrequenz der Teil der Probe durch Zentrifugalkraft aus der ersten Fluidkammer in die zweite Fluidkammer getrieben wird. Bei alternativen Ausführungsbeispielen weisen die fluidischen Strukturen eine dritte Fluidkammer auf, wobei ein zweiter Fluidkanal fluidisch zwischen die dritte und die erste Fluidkammer geschaltet ist, so dass die Probe durch Zentrifugalkraft aus der dritten Fluidkammer in die erste Fluidkammer treibbar ist, um die Probe in die erste Fluidkammer einzubringen. In einer ersten Phase wird das Fluidikmodul mit einer Drehfrequenz gedreht, bei der die dadurch bewirkte Zentripetalkraft einen Überdruck in der ersten Fluidkammer kompensiert, wobei keine Probe durch den ersten Fluidkanal in die zweite Fluidkammer getrieben wird. Danach wird in einer zweiten Phase für die definierte Zeit die Drehfrequenz abgesenkt, so dass durch den Überdruck in der ersten Fluidkammer der Teil der Probe durch den ersten Fluidkanal in die zweite Fluidkammer getrieben wird. Danach wird in einer dritten Phase die Drehfrequenz erhöht, so dass nach der definierten Zeit keine Probe mehr durch den ersten Fluidkanal in die zweite Fluidkammer getrieben wird. Bei solchen Ausführungen wird somit durch das Absenken der Drehfrequenz die Bewegung des Teils der Probe in die zweite Fluidkammer dadurch zentrifugal induziert, dass die durch die Drehung bewirkte Zentrifugalkraft nicht mehr ausreicht, um zu verhindern, dass die Probe durch den ersten Fluidkanal in die zweite Fluidkammer gelangt.
Bei Ausführungsbeispielen kann der Überdruck auf unterschiedliche Weisen erreicht werden, beispielsweise dadurch, dass die Probe ein in der ersten Fluidkammer eingeschlossenes kompressibles Medium komprimiert. Bei Ausführungsbeispielen kann der Überdruck aufgrund einer chemischen Reaktion oder durch eine Temperaturerhöhung erzeugt werden.
Bei Ausführungsbeispielen weist der erste Fluidkanal einen radial nach innen verlaufenden Abschnitt auf und mündet an einer solchen radialen Position in die zweite Fluidkammer, dass beim Einbringen der Probe von der dritten Kammer in die erste Kammer die Probe nicht die zweite Fluidkammer erreicht. Somit kann eine erhöhte Genauigkeit erreicht werden.
Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung sind der erste Fluidkanal und der zweite Fluidkanal derart ausgelegt, dass die Flussrate in dem ersten Fluidkanal während der zweiten Phase im Mittel höher ist als die Flussrate in dem zweiten Fluidkanal, so dass in der zweiten Phase ein größerer Teil der Probe in die zweite Fluidkammer gelangt als in die dritte Fluidkammer. Beispielsweise kann der erste Fluidkanal einen geringeren Flusswiderstand aufweisen als der zweite Fluidkanal. Alternativ kann auch die hydrostatische Höhe des ersten Kanals geringer sein als die des zweiten Kanals, so dass in der zweiten Phase ein größerer Teil der Probe in die zweite Fluidkammer gelangt als in die dritte Fluidkammer.
Bei Ausfü.hrungsbeispielen weisen die fluidischen Strukturen eine vierte Fluidkammer und einen dritten Fluidkanal auf, der fluidisch zwischen die erste Fluidkammer und die vierte Fluidkammer geschaltet ist, wobei der dritte Fluidkanal einen Flusswiderstand aufweist, der höher ist als der Flusswiderstand des ersten Fluidkanals. Solche Ausführungsbeispiele ermöglichen eine vollständige Entleerung der ersten Fluidkammer nach oder in der dritten Phase, so dass anschließend die Rotation gestoppt werden kann, um beispielsweise ein Ablesen einer Skala zu ermöglichen, ohne die Gefahr einer Verfälschung des Ergebnisses, die auftreten könnte, wenn beim Anhalten der Rotation ein weiterer Teil der Probe aus der ersten Fluidkammer in die zweite Fluidkammer gelangen würde. Bei Ausführungsbeispieien der Erfindung ist die Antriebseinrichtung konfiguriert, um in oder nach der dritten Phase das Fluidikmodul mit einer solchen Drehfrequenz zu drehen, dass die erste Fluidkammer durch den dritten Fluidkanal in die vierte Fluidkammer entleert wird.
Bei Ausführungsbeispielen wird die erste Fluidkammer in der dritten Phase über den dritten Fluidkanal in die vierte Fluidkammer entleert. Der dritte Fluidkanal kann während der zweiten oder dritten Phase vollständig befüllt werden, um dann in der dritten Phase die erste Fluidkammer in die vierte Fluidkammer vollständig zu entleeren.
Bei Ausführungsbeispielen weist der dritte Fluidkanal einen Siphon auf, dessen radial innerster Abschnitt radial weiter außen angeordnet ist als eine radiale Position, an der der erste Fluidkanal in die zweite Fluidkammer mündet, wobei der dritte Fluidkanal an einer Position in die vierte Fluidkammer mündet, die radial weiter außen angeordnet ist als die erste Fluidkammer. Bei Ausführungsbeispielen kann nach oder in der dritten Phase die Druckkammer durch diesen Siphon entleert werden. Bei Ausführungsbeispielen kann dabei der Siphon in der zweiten Phase befüllt werden, so dass sich die erste Fluidkammer in der dritten Phase bei der Drehung der erhöhten Drehfrequenz durch den Siphon entleert. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann nach der dritten Phase die Drehfrequenz langsam vermindert werden, um den Überdruck in der ersten Fluidkammer langsam abzubauen, wobei Reibungskräfte in der Probe einen geringen Einfluss auf die Fluiddynamik und die Füllstände in dem ersten Fluidkanal und dem dritten Fluidkanal haben und die erste Fluidkammer über den dritten Fluidkanal entleert wird, ohne dass Probe nach der dritten Phase in die zweite Fluidkammer gelangt.
Gemäß dem zweiten Aspekt wird die Probe nicht in eine zweite Kammer transportiert, sondern bleibt in dem ersten Fluidkanal, der einen Widerstandskanal darstellt. Bei Ausführungsbeispielen gemäß dem zweiten Aspekt weist der Fluidbereitstellungsbereich einen zweiten Fluidkanal auf, der einen größeren Strömungsquerschnitt aufweist als der erste Fluidkanal und der in einem radial äußeren Bereich desselben mit dem ersten Fluidkanal gekoppelt ist. Somit kann der Fluidbereitstellungsbereich derart ausgebildet sein, dass durch eine darin angeordnete Probe ein ausreichender Zentrifugaldruck erzeugt werden kann. Bei Ausführungsbeispielen gemäß dem zweiten Aspekt weist der Kompressionsbereich einen dritten Fluidkanal auf, der eine größeren Strömungsquerschnitt aufweist als der erste Fluidkanal. Somit kann der Kompressionsbereich derart ausgebildet sein, dass durch das darin angeordnete komprimierbare Medium ein ausreichender pneumatischer Gegendruck erzeugt werden kann. Bei Ausführungsbeispielen gemäß dem zweiten Aspekt weisen zumindest einer, mehrere oder alle des ersten, zweiten und dritten Fluidka- nals mäanderförmig verlaufende Kanalabschnitte auf. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermöglichen somit Vorrichtungen und Verfahren, die Rückschlüsse über die Viskosität von Flüssigkeiten in Zentrifugenrotoren ermöglichen, durch eine Kombination drehfrequenzgesteuerter Drücke mit viskositätsabhängigen Flusswiderständen. Die viskositätsabhängigen Flusswiderstände können dabei abhängig von den Gegebenheiten speziell abgestimmt sein, beispielsweise abhängig von dem erwarteten Viskositätsbereich der zu messenden Probe, dem Probenvolumen, auf das die entsprechenden Kräfte bzw. Drücke wirken, und dergleichen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung kommen ohne eine Referenzflüssigkeit aus, sind einfach in der Handhabung, da die Messung beispielsweise mit bloßem Auge durch Ablesen einer Skala durchgeführt werden kann, und können auch mit kleinen Probenvolumina im Nanoliterbereich betrieben werden.
Somit eignen sich Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung insbesondere für die eingangs beschriebenen Anwendungen, beispielsweise die Nahrungsmittelindustrie, bei der einfache und schnelle Viskositätsmessungen ohne teure oder schwer zu transportierende Ausrüstung benötigt werden. Ferner eignen sich Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung somit auch für Lebenswissenschaften, bei denen die Viskositätsmessung häufig aufgrund der sehr hohen Reagenzienkosten teuer ist, so dass dort ein großer Bedarf für Viskositätsmessungen mit geringen Probenvolumina besteht.
Fig. 1 schematische Darstellungen zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels mit einem abfallenden Fluidkanal;
Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels mit einer Druckkammer; einen vergrößerten Ausschnitt des in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiels;
Fig. 4 schematische Darstellungen eines Verfahrens unter Verwendung eines Fluidikmo- duls, wie es in Fig. 2 gezeigt ist; Fig. 5 und 6 schematische Ansichten von zentrifugalen Plattformen zur Erläuterung der Erfindung; und
Fig. 7 eine schematische Darstellung der Fluidikstrukturen eines Ausführungsbeispiels gemäß dem obigen zweiten Aspekt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung erlauben die Messung der Viskosität einer Probe in Zentrifugenrotoren durch einen zeitlich definierten, zentrifugal induzierten, viskositätsabhängigen Fluss der Probe durch einen fluidischen Widerstand. Die Menge an Flüssigkeit, die den Widerstand nach Ablauf der definierten Zeit passiert hat bzw. die Strecke, die die Flüssigkeit in dem fluidischen Widerstand zurückgelegt hat, kann zur Bestimmung der Viskosität der Flüssigkeit herangezogen werden. Bei allen Realisierungen können die Geometrien der Kammern und des fluidischen Widerstands so gewählt werden, dass ein definierter Zusammenhang zwischen der Viskosität der Probe (Flüssigkeit) und der trans- portierten Probenmenge besteht.
Bei einer Implementierung kann die Flüssigkeit durch eine zeitlich begrenzt auftretende Zentrifugalkraft von einer radial innen liegenden Kammer durch einen fluidischen Widerstand in eine radial weiter außen liegende Kammer gelangen. Die zeitliche Begrenzung gewährleistet dabei, dass während der Dauer der wirkenden Zentrifugalkraft nicht die gesamte Flüssigkeit von der radial innen liegenden in die radial außen liegende Kammer transportiert wird.
Bei einer alternativen Implementierung wird die Flüssigkeit von einer radial innen liegen- den Kammer in eine radial weiter außen liegende, geschlossene (d.h. nicht entlüftete) Druckkammer geleitet. Die Flüssigkeit schließt dabei ein kompressibles Medium ein, so dass der Druck in dieser Kammer steigt. Die Druckkammer ist über einen fluidischen Widerstand mit einer entlüfteten Auffangkammer verbunden. Durch Verringern der Drehfrequenz des Rotors wird das kompressible Medium in der Druckkammer entspannt, wobei der Überdruck einen Teil der Flüssigkeit aus der Druckkammer über den fluidischen Widerstand in die Auffangkammer transportiert. Bei dieser Implementierung ist die Verringerung der Drehfrequenz zeitlich begrenzt, so dass nicht die gesamte Flüssigkeit bei verringerter Drehfrequenz aus der Druckkammer transportiert wird. Ausführungsbeispiele der Erfindung weisen geometrische Strukturen im Zusammenhang mit einem zugehörigen Verfahren zur Prozessierung von Probenmengen im Nanoliter- bis Milliliterbereich auf. Die geometrischen Strukturen und das Verfahren sind dazu geeignet, die Viskosität von Flüssigkeiten durch Variation der Drehfrequenz in Zentrifugenrotoren zu bestimmen. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung finden insbesondere auf dem Gebiet der zentrifugalen Mikrofluidik Anwendung, bei der es um die Prozessierung von Proben im Nanoliter- bis Milliliterbereich geht. Entsprechend können die Fluidikstrukturen geeignete Abmessungen im Mikrometerbereich für die Handhabung entsprechender Probenvolumina aufweisen. Bei Ausführungsbeispielen ist die Probe eine Flüssigkeit. Die Probe kann auch eine Suspension oder Dispersion sein. Die Fluidikstrukturen (geometrischen Strukturen) sowie die zugehörigen Verfahren sind dafür konfiguriert und angepasst, um die beschriebenen Funktionalitäten zu erreichen, wobei sich die genaue Dimensionierung und Ausgestaltung der Fluidikstrukturen abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall ohne weiteres für Fachleute ergibt.
Wird hierein der Ausdruck radial verwendet, so ist jeweils radial bezüglich des Rotationszentrums, um das das Fluidikmodul bzw. der Rotor drehbar ist, gemeint. Im Zentrifugalfeld ist somit eine radiale Richtung von dem Rotationszentrum weg radial abfallend und eine radiale Richtung zu dem Rotationszentrum hin ist radial ansteigend. Ein Fluidkanal, des- sen Anfang näher am Rotationszentrum liegt als dessen Ende, ist somit radial abfallend, während ein Fluidkanal, dessen Anfang weiter vom Rotationszentrum entfernt ist als dessen Ende, radial ansteigend ist.
Fig. 5 zeigt ein Rotationssystem mit einem Fluidikmodul 10 in Form eines Rotationskör- pers, der ein Substrat 12 und einen Deckel 14 aufweist. Das Substrat 12 und der Deckel 14 können in Draufsicht kreisförmig sein, mit einer mittigen Öffnung, über die der Rotationskörper 10 über eine übliche Befestigungseinrichtung 16 an einem rotierenden Teil 18 einer Antriebsvorrichtung angebracht sein kann. Das rotierende Teil 18 ist drehbar an einem stationären Teil 22 der Antriebsvorrichtung 20 gelagert. Bei der Antriebsvorrichtung kann es beispielsweise um eine herkömmliche Zentrifuge mit einstellbarer Drehgeschwindigkeit oder auch ein CD- oder DVD-Laufwerk handeln. Die Antriebseinrichtung 20 ist konfiguriert oder programmiert, um den Rotationskörper 10 mit Rotationen zu beaufschlagen, die zur Implementierung der Erfindung erforderlich sind. Bei Ausführungsbeispielen kann eine Steuereinrichtung 24 als Teil der Antriebseinrichtung oder separat vorgesehen sein. Wie für Fachleute offensichtlich ist, kann die Steuereinrichtung beispielsweise durch eine entsprechend programmierte Recheneinrichtung oder eine anwenderspezifische in- tegrierte Schaltung implementiert sein. Die Steuereinrichtung 24 kann ferner ausgelegt sein, um auf manuelle Eingaben durch einen Benutzer hin die Antriebsvorrichtung 20 zu steuern, um die erforderlichen Rotationen des Rotationskörpers zu bewirken. In jedem Fall ist die Steuereinrichtung 24 konfiguriert, um die Antriebsvorrichtung 20 zu steuern, um den Rotationskörper mit den erforderlichen Rotationen zu beaufschlagen, um die Erfindung, wie sie hierin beschrieben ist, zu implementieren. Ais Antriebsvorrichtung 20 kann eine herkömmliche Zentrifuge mit nur einer Drehrichtung verwendet werden.
Der Rotationskörper 10 weist die erforderlichen geometrischen Strukturen bzw. Fiu- idikstrukturen auf. Die erforderlichen Fluidikstrukturen können durch Kavitäten und Kanäle in dem Deckel 14, dem Substrat 12 oder in dem Substrat 12 und dem Deckel 14 gebildet sein. Bei Ausführungsbeispielen können beispielsweise Fluidikstrukturen in dem Substrat 12 abgebildet sein, während Einfüllöffnungen und Entiüftungsöffnungen in dem Deckel 14 gebildet sind.
Bei einem alternativen in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel sind Fluidikmodule 32 in einen Rotor 30 eingesetzt und bilden zusammen mit dem Rotor 30 den Rotationskörper 10. Die Fluidikmodule 32 können jeweils ein Substrat und einen Deckel aufweisen, in denen wiederum entsprechende Fluidikstrukturen gebildet sein können. Der durch den Rotor 30 und die Fluidikmodule 32 gebildete Rotationskörper 10 ist wiederum durch eine Antriebsvorrichtung 20, die durch die Steuereinrichtung 24 gesteuert wird, mit einer Rotation beaufschlagbar. Es ist somit offensichtlich, dass bei Ausführungsbeispielen das Rotationszentrum außerhalb des Fluidikmoduls angeordnet sein kann. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung können das Fluidikmodul bzw. der Rotationskörper, das bzw. der die Fluidikstrukturen aufweist, aus einem beliebigen geeigneten Material gebildet sein, beispielsweise einem Kunststoff, wie PMMA (Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, PVC, Polyvinylchlorid) oder POMS (Polydimethylsiloxan) Glas, Silizium o- der anderen mikrostrukturierbaren Materialien, die gegenüber der zu messenden Probe chemisch inert sind. Der Rotationskörper 10 kann als eine zentrifugal-mikrofluidische Plattform betrachtet werden. Bei Ausführungsbeispielen können die fluidischen Widerstände durch Kanäle mit engen Querschnitten realisiert werden. Typische Dimensionen solcher Kanäle können zwischen 1 mm x 1 mm und 0.5μηι x 0.5pm liegen. Das Fluidikmodul kann als ein Rotor ausgebildet sein, der einen reinen Träger aus einem beliebigen Material darstellt, auf den Mikrostrukturen aufgebracht sind, die die Fluidikstrukturen zur Viskositätsmessung darstellen. Die Fluidikstrukturen zur Viskositätsmessung können vermittels ikrofräsen oder durch lithographische Techniken erzeugt werden. Die Proben können newtonsche Flüssigkeiten darstellen und Viskositäten zwischen 0, 1 und 10000 mPas aufweisen. Bei Ausführungsbeispielen kann der Rotationskörper ausgebildet sein, um Rotationsfrequenzen von mehr als 70 Hz zu widerstehen und Winkelbeschleunigun- gen von mehr als 20Hz/s zu erlauben.
Ein Ausführungsbeispiel für fluidische Strukturen, die in einem entsprechenden Fluidikmodul bzw. Rotationskörper gebildet sein können, wird nun Bezug nehmend auf Fig. 1 , die Abschnitte a) bis e) aufweist, erläutert. Fig. 1 d) zeigt eine schematische Draufsicht auf Fluidikstrukturen 100, die eine Einlasskammer 102, eine Auffang/Messkammer 104 und einen Fluidkanal 106, der fluidisch zwischen die Einlasskammer 102 und die Auffang/Messkammer 104 geschaltet ist, aufweisen. Entlüftungen 108 sind für die Einlasskammer 102 und die Auffang/Messkammer 104 vorgesehen. Die Einlasskammer 102 stellt eine erste Fluidkammer dar, die Auffang/Messkammer 04 stellt eine zweite Fluid- kammer dar und der Fluidkanal 106 stellt einen ersten Fluidkanal dar. Der Fluidkanal 106 stellt einen fluidischen Widerstand dar. Wie in Fig. 1 d) gezeigt ist, ist eine Flüssigkeit 1 10 in die Einlasskammer 102 eingebracht. Der Fluidkanal 106 ist bezüglich eines Rotationszentrums 1 12 radial abfallend, das heißt ein Einlassende desselben, das in die Einlasskammer 102 mündet, ist radial weiter innen angeordnet, als ein Auslassende desselben, das in die Auffang/Messkammer 104 mündet, ungeachtet dessen, dass der Fluidkanal 106 vor der Mündung in die Auffang/Messkammer 104 einen radial ansteigenden Bereich aufweist.
Nachfolgend wird der Betrieb einer entsprechenden Vorrichtung beschrieben, wobei of- fensichtlich ist, dass durch die dabei durchgeführten Schritte ein entsprechendes Verfahren durchgeführt wird, so dass die entsprechenden Erläuterungen auch jeweils zur Erläuterung von Ausführungsbeispielen eines erfindungsgemäßen Verfahrens dienen.
Bei der Realisierung, die in Fig. 1 gezeigt ist, ist die radial innen liegende Einlasskammer 102 durch den fluidischen Widerstand in Form des engen Kanals 106 mit der radial weiter außen liegenden Auffang/Messkammer 104 verbunden. Die Einlasskammer 02 wird mit der Probe, d.h. der Flüssigkeit 1 10, befüllt. Die Einlasskammer 102 kann auf eine beliebige Weise, beispielsweise zentrifugal, befüilt werden. Ausgehend von dem in Fig. 1 d) gezeigten Zustand oder zum Erreichen dieses Zustands wird das Fluidikmodul, in dem die Fluidikstrukturen 100 gebildet sind, mit einer Drehfrequenz f1 gedreht, wie in Fig. 1 a) gezeigt ist. Die geringe Drehfrequenz ist auch in dem Frequenzprotokoll in Fig. 1 e) zu se- hen. Die durch die Drehung mit der Frequenz f, auf die Flüssigkeit 100 erzeugte Zentrifugalkraft ist nicht ausreichend, um die Flüssigkeit aus der Einlasskammer 102 durch den fluidischen Widerstand 106 in die Auffang/Messkammer 104 zu treiben. Genauer gesagt ist die durch die Drehung mit der Drehfrequenz ^ erzeugte Zentrifugalkraft nicht ausrei- chend, um die Oberflächenspannung der Flüssigkeit an der Mündung zu der Auffang/Messkammer 104 zu überwinden, so dass bei dieser Drehung keine Flüssigkeit in die Auffang/Messkammer 104 gelangt.
Für eine definierte Zeit ΔΤ wird dann kurzfristig eine höhere Drehfrequenz f2 angewendet, so dass eine hydrostatische Druckdifferenz zwischen der Flüssigkeitsoberfläche in der Einlasskammer 102 und dem Auslassende des Fluidkanals 106 erzeugt wird. Die Flüssigkeit, die durch diesen Druck angetrieben durch den fluidischen Widerstand fließt, reißt am radial außen liegenden Auslass des Flüssigkeitskanals 106 ab und wird in der Auffang/Messkammer gesammelt, wie in Fig. 1 b) gezeigt ist. Nachfolgend wird die Drehfre- quenz wieder auf eine niedrige Drehfrequenz f3 abgesenkt, bei der der Druck wiederum nicht ausreicht, um Flüssigkeit in die Auffangkammer zu treiben. Dieser Zustand ist bei Fig. 1 c) gezeigt. Die Drehfrequenz f3 kann dabei der Drehfrequenz f, entsprechen oder einer davon verschiedenen Drehfrequenz. Die definierte Zeit ΔΤ ist dabei so gewählt, dass durch die kurze Anwendung der Zentrifugalkraft nur ein Teil der Flüssigkeitsmenge von der Einlasskammer 102 in die Auffangkammer 104 transportiert wird, so dass aus der Flüssigkeitsmenge in der Auffangkammer 104 auf die Viskosität der Probe geschlossen werden kann. Die Quantifizierung der Viskosität kann beispielsweise durch einen Vergleich mit einem Standard erfolgen. Dazu kann der Standard in einer identischen Struktur parallel zu der zu messenden Flüssigkeit prozessiert werden. Um einen auf einen solchen Standard verzichten zu können, kann es vorteilhaft sein, vorher eine Kalibrierung durchzuführen, so dass bei bekanntem Frequenzprotokoll und bekanntem fluidischen Widerstand die Flüssigkeitsmenge auch direkt als Maß für die Viskosität herangezogen werden kann. Zu diesem Zweck können vorab Flüssigkeiten bekannter Viskosität entsprechend prozessiert werden, so dass basierend darauf beispielsweise eine Skala an der Auffang/Messkammer angebracht werden kann, von der die Viskosität direkt ablesbar ist. Ein Ablesen kann beispielsweise bei angehaltener Drehung oder während einer Drehung unter Verwendung eines Stroboskop-Setups erfolgen. Eine entsprechende Vorgehensweise kann für alle beschriebenen Ausführungs- beispiele verwendet werden. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung können die Drehfrequenzen f-i und f3 Null sein.
Fluidikstrukturen 198 eines weiteren Ausführungsbeispiels, die in einem entsprechenden Fluidikmodul bzw. Rotationskörper gebildet sein können, werden nun Bezug nehmend auf Fig. 2 beschrieben. Die Fluidikstrukturen weisen eine Einfüllkammer 200 mit einem Pro- beneinlass 202 auf. Die Einfüllkammer 200 ist über einen radial abfallenden Einfüllkanal 204 mit einer Fluidkammer 206 verbunden, die eine Messkammer 208 und eine Überschusskammer 210 aufweist. Eine Entlüftung 212 ist für die Fluidkammer 206 vorgesehen. Radial innere Enden der Messkammer 208 und der Überschusskammer 210 sind über einen Kanalbereich 214 gekoppelt, so dass ein definiertes Flüssigkeitsvolumen in die Messkammer 208 einbringbar ist, während überschüssige Flüssigkeit über den Kanalbereich 214 in die Überschusskammer 210 gelangt.
Ein Einlasskanal 216 ist fluidisch zwischen ein radial äußeres Ende der Messkammer 208 und mithin der Fluidkammer 206 und eine Druckkammer 218 geschaltet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel mündet der Einlasskanal 216 in einen Kanalabschnitt 220, der in die Druckkammer 218 mündet. Bei alternativen Ausführungsbeispielen könnte der Einlasskanal 216 direkt in die Druckkammer 218 münden. Die Fluidikstrukturen 198 weisen ferner einen Fluidkanal 222 auf, der fluidisch zwischen die Druckkammer 218 und eine Überlaufkammer 224 geschaltet ist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel mündet ein radial äußeres Ende des Kanals 222 in den Kanalabschnitt 220, während ein radial inneres Ende des Kanals 222 in der Überlaufkammer 224 mündet. Bei alternativen Ausführungsbeispielen könnte der Kanal 222 direkt in der Druckkammer 218 münden. Die Überlaufkammer 224 weist eine Entlüftung 226 auf. Ferner ist die Überlaufkammer 224 mit einer Skala 228 versehen, die ein Ablesen von die Viskosität einer Flüssigkeit betreffenden Informationen ermöglicht.
Die Druckkammer weist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen Abschnitt 218a für ein kompressibles Medium und einen Bereich 218b für Flüssigkeit auf.
Die Fluidikstrukturen 198 weisen ferner optional eine Ablaufkammer 230 und einen Ablaufkanal 232, der fluidisch zwischen die Druckkammer 218 und die Ablaufkammer 230 geschaltet ist, auf. Eine Entlüftung 234 ist für die Ablaufkammer 230 vorgesehen. Der Ablaufkanal 232 weist einen Siphon 232a (Fig. 3) auf, dessen radial inneres Ende radial weiter außen angeordnet ist als die Position, an der der Messkanal 222 in die Überlaufkammer 224 mündet. Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt von Fig. 2, wobei in Fig. 3 schematisch ein Kapillarventil 240 gezeigt ist, das verwendet wird, um ein vorbestimmtes Volumen der Flüssigkeit in der Messkammer 208 abzumessen. Beispielsweise kann das Kapillarventil bis zu einer bestimmten Drehfrequenz geschlossen sein und ab dieser Drehfrequenz öffnen.
Ferner ist in Fig. 3 ein Bereich, in dem der Messkanal 222 in die Überlaufkammer 224 mündet, in nochmaliger Vergrößerung X gezeigt. Wie gezeigt ist, weist der Messkanal an seinem radial inneren Ende, das in die Überlaufkammer 224 mündet, einen aufgeweiteten Abschnitt 222a auf. Der Bereich 222a kann somit als eine sich in Flussrichtung radial nach innen erstreckende Aufweitung des Messkanals 222 betrachtet werden, die ausgelegt ist, um Kapillareffekte zu kompensieren. In anderen Worten stellt der Abschnitt 222a eine Vergrößerung des Kanalquerschnitts vor der Abrisskante der Flüssigkeit dar, wobei der Ort der Abrisskante der Flüssigkeit in Fig. 3 durch eine mit dem Bezugszeichen 250 bezeichnete Ablaufkante definiert ist.
Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann der Fluidkanal 222 einen geringeren Flusswiderstand aufweisen als der Einlasskanal 216. Ein geringerer Flusswiderstand kann dabei jeweils durch einen größeren Strömungsquerschnitt und/oder eine geringere Länge implementiert werden. Bei Ausführungsbeispielen besitzt der Ablaufkanal 232 einen größeren Flusswiderstand als der Fluidkanal 222. Dies kann beispielsweise durch einen geringen Flussquerschnitt implementiert sein, wie durch einen Abschnitt 232c des Ablaufkanals 232 in Fig. 3 angedeutet ist. Die Druckkammer 218 ist geschlossen, das heißt nicht entlüftet, so dass durch eine Flüssigkeit, die zentrifugal über den Einlasskanal 216 in die Druckkammer 218 eingebracht wird, ein in der Druckkammer 218 angeordnetes kompressibles Medium, beispielsweise Luft, komprimiert werden kann. Nachfolgend wird der Betrieb einer entsprechenden Vorrichtung beschrieben, wobei offensichtlich ist, dass durch die dabei durchgeführten Schritte ein entsprechendes Verfahren durchgeführt wird, so dass die entsprechenden Erläuterungen auch jeweils zur Erläuterung von Ausführungsbeispielen eines erfindungsgemäßen Verfahrens dienen. Bezug genommen wird dabei auch auf Fig. 4, die in den Abschnitten a) bis e) Phasen während des Durchführens des Verfahrens zeigt und im Abschnitt f) ein zugehöriges Frequenzprotokoll zeigt. Bei einem Ausführungsbeispiel wird zunächst die Probe in die radial innen liegende Einfüllkammer 200 gefüllt. Durch Drehung bei einer ersten geringen Drehfrequenz wird die Flüssigkeit aus der Einfüllkammer 200 durch Zentrifugalkraft in die Fluidkammer 206 überführt. In der Fluidkammer 206 wird eine definierte Flüssigkeitsmenge in der Messkammer 208 abgemessen, während überschüssige Anteile der Flüssigkeit in die Überschusskam- mer 210 gelangen. Die auf diese Weise definierte Probenmenge wird durch schnelle Erhöhung der Rotationsfrequenz und dadurch bedingtes Öffnen des Kapillarventils 240 von der radial weiter innen liegenden Messkammer 208 in die radial weiter außen liegende Druckkammer 218 transferiert, wobei in der Druckkammer 218 durch Verdrängung des kompressiblen Mediums, im Allgemeinen Luft, ein Überdruck aufgebaut wird. Diese Pha- se ist in den Figuren 4a) und 4b) dargestellt, die die Flüssigkeitsfüllstände zu aufeinander folgenden Zeitpunkten zeigen. In Fig. 4a wird die Flüssigkeit durch Drehen mit einer ersten Frequenz f4 in die Druckkammer 218 eingebracht, wobei gleichzeitig der Pegel in dem Messkanal 222 ansteigt. Dadurch wird die Luft in der Druckkammer 218 komprimiert, wie in Fig. 4b) gezeigt ist, wobei der Pegelstand in dem Messkanal 222 den erweiterten Ab- schnitt 222a erreicht, siehe Fig. 4b). Der andere Teil des Messkanals 222 (also der Teil mit dem geringeren Flussquerschnitt) stellt den fluidischen Widerstand dar, der gemäß dem beschriebenen Funktionsprinzip die Flüssigkeitsmenge in der Überlaufkammer 224 nach Ablauf der Prozessierung bestimmt. Der Messkanal 22 mit dem radial nach innen verlaufenden Teil wird während des Transfers der Probe aus der Mischkammer 208 in die Druckkammer 218 befüllt. Der dadurch entstehende hydrostatische Druck gewährleistet, dass während dieser Phase noch keine Flüssigkeit in die Überlaufkammer 224 gelangt. Um Einflüsse der Kapillarkraft auf die nachfolgenden Schritte zu verringern, enthält, wie oben beschrieben wurde, der Messkanal 222 eine Aufweitung 222a, in der der Meniskus der Flüssigkeit nach Ablauf des Transfers bei konstant hoher Drehfrequenz f steht.
Nach dieser ersten Phase, in der die Flüssigkeit in die Druckkammer 218 geleitet wurde, wird die Rotationsfrequenz für eine definierte Zeit ,\T auf eine relativ zu der Frequenz f4 geringere Frequenz f5 stark verringert, so dass der Überdruck in der Druckkammer 218 nicht mehr durch den hydrostatischen Druck in den Verbindungskanälen, d.h. den Kanä- len 216 und 222 kompensiert wird. Dies ist in dem Frequenzdiagramm von Fig. 4f) dargestellt. Zu diesem Zeitpunkt laufen drei dynamische Vorgänge gleichzeitig ab. Erstens steigt der Flüssigkeitsstand im Messkanai 222 zur Überlaufkammer 224 bis über die Ablaufkante 250 der Überlaufkammer 224, so dass die Flüssigkeit, die durch den Messkanai 222 gepumpt wird, sich in der Überlaufkammer 224 sammelt. Zweitens wird eine geringe Menge der Flüssigkeit von der Druckkammer 218 wieder in Richtung der Messkammer 208 zurückgepumpt Die zurückgepumpte Menge hängt vom Verhältnis der Flusswiderstände der Kanäle 216 und 222 ab. Drittens sinkt die Flüssigkeitsmenge in der Druckkammer 218 ab, wodurch auch der Überdruck in der Druckkammer abfällt. Diese dynamischen Vorgänge sind in Fig. 4c) dargestellt.
Bevor die gesamte Fiüssigkeitsmenge die Druckkammer 218 verlassen hat, erfolgt eine dritte Phase, in der die Rotationsfrequenz wieder erhöht wird. Dadurch wird der Transfer von der Druckkammer 218 in die Überlaufkammer 224 abgebrochen, da der hydrostatische Druck im Messkanal 222 zwischen der Druckkammer 218 und der Überlaufkammer 224 den verbleibenden Überdruck in der Druckkammer 218 ausgleichen kann. Die in der Überlaufkammer gesammelte Flüssigkeitsmenge kann nun als Maß für die Viskosität der Probe ausgewertet werden. Dieser Zustand ist in Fig. 4d) gezeigt, wobei die Drehfrequenz auf die niedrige Frequenz f6 abgesenkt wurde. Die Drehfrequenz f6 kann beispielsweise der Drehfrequenz f4 entsprechen oder kann sich von dieser unterscheiden. Wie oben bereits dargelegt wurde, weisen die Fluidikstrukturen bei diesem Ausführungsbeispiel eine zusätzliche Struktur auf, die die Handhabung verbessern kann. Diese zusätzliche Struktur besteht in der im Vergleich zur Druckkammer 218 radial weiter außen liegenden Ablaufkammer 230, die durch einen vergleichsweise hohen fluidischen Widerstand, der durch den Fluidkanal 232 gebildet ist, mit der Druckkammer 218 verbunden ist. Bei einer Ausführung wird der Fluidkanal 232 zwischen Druckkammer und Ablaufkammer während des Transfers der Flüssigkeit von der Messkammer 208 in die Druckkammer 218 befüllt. Dadurch beginnt Flüssigkeit ab diesem Zeitpunkt in die Ablaufkammer 230 zu fließen. Aufgrund des vergleichsweise hohen fluidischen Widerstands ist die Flüssigkeitsmenge in der Ablaufkammer 230 zum Zeitpunkt der Verringerung der Drehfrequenz im Vergleich zur Flüssigkeitsmenge in der Druckkammer 218 gering. Nachdem die Drehfrequenz zum Beenden des Transports der Probe aus der Druckkammer 218 in die Überlaufkammer 224 wieder erhöht wurde (Übergang von der Frequenz f5 zur Frequenz f6 in Fig. 4f), kann die erhöhte Drehfrequenz über einen ausreichend langen Zeitraum aufrechterhalten werden, um die verbliebende Flüssigkeitsmenge aus der Druckkammer über den Ablaufkanal 232 in die Ablaufkammer 230 zu transferieren. Dadurch kann das Flu- idikmodul bzw. der Rotationskörper angehalten werden, ohne dass weitere Flüssigkeit in die Überiaufkammer 224 gelangt, wodurch sich auch der Füllstand der Probe in der Überlaufkammer bei Stillstand des Fluidikmoduls bzw. des Rotationskörpers bestimmen lässt.
Bei der dargestellten Ausführungsform enthält der Verbindungskanal zwischen der Druck- kammer 218 und der Ablaufkammer 230 einen radial nach innen verlaufenden Abschnitt, durch den die Siphonstruktur 232a realisiert ist. Dadurch lässt sich die Befüllung dieses Verbindungskanals - bis hin zum Zeitpunkt der Verringerung der Drehfrequenz - hinauszögern. Dies verringert den Flüssigkeitsveriust von der Druckkammer 218 in die Ablaufkammer 230 während des Flüssigkeitstransfers von der Messkammer 208 in die Druck- kammer 218 und erlaubt die Wahl eines geringeren fluidischen Widerstands zwischen der Druckkammer 218 und der Ablaufkammer 230, ohne die Funktionalität zu beeinträchtigen.
Bei einer wiederum alternativen Ausführungsform kann die Drehfrequenz nach der dritten Phase ausgehend von der Drehfrequenz f6 langsam vermindert werden, um den Über- druck in der Druckkammer 218 langsam abzubauen, wobei Reibungskräfte in der Probe einen geringen Einfluss auf die Fluiddynamik und die Füllstände in dem Messkanal 222 und dem Ablaufkanal 232 haben. Somit kann die Druckkammer 218 über den Ablaufkanal 232 entleert werden, ohne dass Probe nach der dritten Phase durch den Messkanal 222 in die Ablaufkammer 224 gelangt. Dies kann gewährleistet werden, da der innerste Punkt des Siphons 232a radial weiter außen angeordnet ist als die radiale Position, an der der Messkanal 222 in die Überlaufkammer 224 mündet.
Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung hat der Messkanal 222 den kleinsten Flusswiderstand der Fluidkanäie 216, 222 und 232, während der Ablaufkanal 232 den größten Flusswiderstand dieser Fluidkanäie aufweist.
Somit wird, wie oben erläutert wurde, bei Ausführungsbeispielen der Erfindung nur für einen definierten Zeitraum ermöglicht, dass die Probe durch den Fluidkanal, der einen fluidischen Widerstand darstellt, aus der ersten Fluidkammer in die zweite Fluidkammer läuft, wobei durch die kurze Zeitdauer ΔΤ sichergestellt ist, dass nicht die gesamte Probemenge aus der ersten Fluidkammer in die zweite Fluidkammer läuft.
Bei dem oben Bezug nehmend auf die Figuren 2 bis 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel stellt die Druckkammer 218 eine erste Fluidkammer dar, stellt die Überlaufkammer 224 eine zweite Fluidkammer dar, stellt die Fluidkammer 210 eine dritte Fluidkammer dar und stellt der Ablaufkanal 230 eine vierte Fluidkammer dar. Der Messkanal 222 stellt ei- nen ersten Fluidkana! dar, der Einlasskanal 216 stellt einen zweiten Fluidkanal dar und der Ablaufkanal 232 stellt einen dritten Fluidkanal dar.
Ein Ausführungsbeispiel gemäß dem obigen zweiten Aspekt, bei dem die Probe bzw. Flüssigkeit nicht über die gesamte Länge durch den fluidischen Widerstand fließt, sondern zentrifugal induziert nur durch eine Länge, die kleiner ist als die gesamte Länge des Flu- idkanals, der den fluidischen Widerstand darstellt, wird nun bezugnehmend auf Fig. 7 erläutert. Es sei jedoch angemerkt, dass die Bezug nehmend auf Fig. 7 erläuterten Flu- idikstrukturen nur beispielhaft sind und das andere Strukturen verwendet werden können, die die gleiche Funktionalität erfüllen.
Die Fluidikstrukturen weisen einen Einlass, beispielsweise in Form einer Einlasskammer 700 auf. Ein radial inneres Ende eines Fluidkanals 702 ist mit einem radial äußeren Ende der Einlasskammer 700 fiuidisch verbunden. Der Fluidkanal 702 stellt einen F!uidbereit- Stellungsbereich dar. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Fluidkanal 702 einen mäanderförmigen Abschnitt 702a auf, der als ein Probenspeicherungsabschnitt dient und als Speichermäander bezeichnet werden kann. Ein radial äußerer Abschnitt 702b des Fluidkanals 702 ist mit einem Ende eines ersten Fluidkanals 704, der einen fluidischen Widerstand darstellt, fluidisch gekoppelt. Genauer gesagt ist ein radial nach innen verlaufender Bereich 702c des radial äußeren Abschnitts 702b mit dem einen Ende des ersten Fluidkanals 704 fluidisch gekoppelt.
Ein zweites Ende des Fluidkanals 704 ist mit einem Kompressionsbereich 706 fluidisch gekoppelt. Der Kompressionsbereich ist ausgelegt, um ein kompressibles Medium, wie z.B. ein Gas, beispielsweise Luft, aufzunehmen und eine Kompression des kompressiblen Mediums zu ermöglichen. Zu diesem Zweck ist der Kompressionsbereich zumindest zu den Zeiten, zu denen das kompressible Medium komprimiert werden soll, nicht entlüftet oder nur vernachlässigbar entlüftet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Kompressionsbereich durch einen mäanderförmigen Kanal gebildet. Bei alternativen Ausführungsbeispielen könnte der Kompressionsbereich auch durch eine Kompressionskammer gebildet sein. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Fluidbereitstellungsbereich durch einen Fluidkanal gebildet, während er bei alternativen Ausführungsbeispielen durch andere Fluidikstrukturen, bei- spielsweise eine Fluidkammer, gebildet sein könnte. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind der Fluidkanal 704 und der Kanal des Kompressionsbereich 706 mäanderförmig. Bei anderen Ausführungsbeispielen können einer oder beide der Kanäle andere Verläufe, wie z.B. gerade oder spiralförmig, aufweisen. Die Vorrichtung weist eine Dosiervorrichtung 710 auf, die ausgelegt ist, um ein definiertes Volumen der Probe bzw. Flüssigkeit in den Fluidkanal 702, der den Fluidbereitstellungs- bereich darstellt, einzubringen. Die Dosiervorrichtung 710 weist einen Überlaufkanal 712 und einen Entlüftungskanal 714 auf. Ein erstes Ende des Überlaufkanals 712 mündet stromaufwärts von dem (bzw. radial innen bezüglich des) mäanderförmigen Abschnitt 702a in den Fluidkanal 702. Ein zweites Ende des Überlaufkanals 712 mündet in eine entlüftete Überlaufkammer 716. Ein erstes Ende des Entlüftungskanals 714 mündet stromabwärts von dem (bzw. radial außen bezüglich des) mäanderförmigen Abschnitt 702a in den Fluidkanal 702 und ein zweites Ende des Entlüftungskanals 714 mündet in den Überlaufkanal 712. Der Überlaufkanal 712 weist zwischen dem ersten Ende und dem Bereich, in den der Entlüftungskanal 714 mündet, einen Abschnitt 712a auf, in dem der Strömungswiderstand höher ist (bzw. der Strömungsquerschnitt geringer ist) als in anderen Bereichen desselben. Die Dosiervorrichtung hat die Funktion, ein definiertes Volumen der Probe in dem Probenbereitstellungsbereich abzumessen. Bei alternativen Ausführungsbeispielen könnte die Dosiervorrichtung einen anderen Aufbau haben. Beispielswei- se könnte lediglich eine einfache Überlaufstruktur vorgesehen sein, die ein Füllen des Probenbereitstellungsbereichs bis zu einer bestimmten Füllhöhe ermöglicht und überschüssige Probe abführt, z.B. in eine Überlauf- oder Abfall-Kammer.
Der Fluidkanal 702 hat die Funktion eines Druckerzeugungskanals, wenn durch eine Dre- hung des Fluidikmoduls, in dem die Fluidikstrukturen gebildet sind, eine Zentrifugalkraft auf die darin befindliche Probe bzw. Flüssigkeit ausgeübt wird. Der Kompressionsbereich 706 hat die Funktion eines Druckmäanders, wenn das komprimierbare Medium in demselben komprimiert wird. Allgemein können bei Ausführungsbeispielen der Erfindung die Fluidikstrukturen derart ausgelegt sein, dass bei einer Drehung des Fluidikmoduls mit einer ersten Drehfrequenz während einer ersten Phase der Fluidbereitstellungsbereich mit einem definierten Volumen der Probe befüllt wird, während überschüssige Probe in eine Überlaufkammer oder Abfallkammer gelangt, und sich ein Gleichgewichtszustand zwischen Zentrifugaldruck und pneumatischem Gegendruck einstellt. Bei diesem Gleichgewichtszustand kann ein Meniskus der Flüssigkeit an einer Position stoppen, bevor die Probe in den ersten Fluidkanal, der den fluidischen Widerstand darstellt, gelangt, z.B. der in Fig. 7 gezeigten Position P,. Bei alternativen Ausführungsbeispielen könnte der Meniskus der Probe bei dem Gleichgewichtszustand an einer Position, die um eine Distanz innerhalb des ersten Fluidkanals liegt, stoppen. Durch eine in der Regel abrupte Erhöhung der Drehfrequenz während ei- ner zweiten Phase erhöht sich der Zentrifugaldruck und überwiegt den pneumatischen Gegendruck, wodurch Probe aus dem Fluidbereitstellungsbereich in den ersten Fluidkanal gelangt, wodurch der erste Fluidkanal zunehmend mit der Probe gefüllt wird und der Meniskus Probe entlang des ersten Fluidkanals wandert. Die Erhöhung der Drehfrequenz wird dann beendet, bevor wiederum ein Gleichgewichtszustand erreicht werden würde, so dass die Distanz, bis zu der die Probe nach der zweiten Phase den ersten Fluidkanal füllt, ein Maß für die Viskosität der Probe ist. Entsprechende Informationen, die ein Maß für die Viskosität der Probe darstellen, können durch einen Benutzer abgelesen oder durch eine optische Erfassungsvorrichtung automatisch erfasst werden. Zu diesem Zweck kann der erste Fluidkanal mit einer Skala versehen sein, die das Ablesen bzw. Erfassen erleichtern kann.
Nach dieser allgemeinen Darstellung wird nun die Funktionsweise des in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Zunächst wird Probe in die Einlasskammer 700 eingebracht, wobei beispielsweise ein Volumen von 5 μΙ ausreichend sein kann. Das Einbringen der Probe kann bei einer Drehfrequenz von 0 Hz erfolgen.
Nachfolgend erfolgt während einer ersten Phase eine Beschleunigung auf eine erste Drehfrequenz, um ein Füllen des Fluidkanals 702 und insbesondere des mäanderförmi- gen Abschnitts 702a desselben zu beginnen. Die erste Drehfrequenz kann beispielsweise -20 Hz betragen. Der Fluidkanal 702 wird dabei über den Entlüftungskanal 714 entlüftet. Der Überlaufkanal 712 und insbesondere der Abschnitt 712a mit dem geringen Strömungsquerschnitt und der mäanderförmige Abschnitt 702a füllen sich zur gleichen Zeit. Der geringe Strömungsquerschnitt des Abschnitts 702a stellt dabei sicher, dass die Mündung des Entlüftungskanals 714 in den Überlaufkanal 712 während des Füllens des mä- anderförmigen Abschnitts 702a trocken bleibt. Dadurch ist es möglich, den mäanderför- migen Abschnitt ohne pneumatischen Gegendruck von einem andernfalls bereits komprimierten Medium in den übrigen Bereichen des Fluidkanals 702, dem ersten Fluidkanal 704 und dem Kompressionsbereich 706 zu füllen. Sobald der mäanderförmige Abschnitt 702a mit der Probe gefüllt ist, wird die Entiüftungsverbindung, d.h. der Entlüftungskanal 714, blockiert, und der Fluidkanal 702 füllt sich weiter, bzw. der Druckerzeugungskanal beginnt sich unterhalb der Mündung des Entlüftungskanals 714 zu füllen. Wenn die Flüssigkeit den Druckerzeugungskanal gefüllt hat, hält der Meniskus an einem Gleichgewichtspunkt an, an dem sich der zentrifugale Druck und der pneumatische Gegendruck aufheben, siehe Punkt P; in Fig. 7. Durch das Beibehalten der Drehfrequenz wird überschüssige Probe durch den Überlaufkanal 712 in die Überlaufkammer 718 abgeleitet. Dadurch wird von dem eingebrachten Volumen ein definiertes Volumen durch die Dosierungsvorrichtung 710 abgemessen, z.B. ein Volumen von 3 μΙ, wobei überschüssige Probe in die Überlaufkammer 716 gelangt. Ausgehend von diesem Zustand kann die zweite Phase der Viskositätsmessung beginnen.
In der zweiten Phase wird die Rotationsfrequenz für eine definierte Zeitperiode abrupt auf eine zweite Drehfrequenz erhöht, die höher ist als die erste Drehfrequenz. Dadurch überwiegt der Zentrifugaldruck den pneumatischen Gegendruck und drückt die Flüssigkeit in die erste Fluidleitung gegen den durch das kompressible Medium gelieferten pneumatischen Gegendruck in den ersten Fluidkanal. Die definierte Zeitperiode ist kürzer als die Zeit, die bei der entsprechenden Erhöhung der Rotationsfrequenz erforderlich wäre, um wiederum einen Gleichgewichtszustand zu erreichen. Die Erhöhung der Rotationsfrequenz, die definierte Zeitperiode sowie die Flüssigkeits- und Kompressionsmedium- Volumina sind eingestellt, um eine erfassbare Bewegung des Meniskus der Probe in den ersten Fluidkanal zu bewirken, beispielsweise zu einer der in Fig. 7 gezeigten Positionen P2 oder P3. Die tatsächliche Distanz, um die sich der Meniskus der Probe in den ersten Fluidkanal verschiebt, hängt von der Viskosität der Probe ab, solange die definierte Zeitperiode kurz genug ist, um zu verhindern, dass ein Gleichgewichtszustand zwischen dem durch die Rotationsgeschwindigkeit in der zweiten Phase bewirkten Zentrifugaldruck und dem pneumatischen Gegendruck auftritt.
Nachdem die Rotationsfrequenz für die definierte Zeitperiode auf dem erhöhten Wert gehalten wurde, wird sie wieder verringert. Der dann gefüllte Bereich bzw. die gefüllte Dis- tanz des ersten Fluidkanals ist ein Maß für die Viskosität der Probe. Der gefüllte Bereich kann beispielsweise durch ein manuelles oder automatisches Erfassen des Meniskus der Probe erfasst werden.
Nach dem Reduzieren der Rotationsfrequenz und der dadurch bedingten Reduzierung der Zentrifugalkraft stoppt der Fluidfluss und der pneumatische Überdruck kann die Probe zurück in den Druckerzeugungskanal, also den Flüssigkeitsbereitstellungsbereich, drü- cken. Die Bestimmung des gefüllten Bereichs bzw. der gefüllten Distanz kann optisch während oder nach der Periode der erhöhten Rotationsgeschwindigkeit erfolgen. Diese Bestimmung kann durch Indikatoren unterstützt werden, beispielsweise die in Fig. 7 gezeigten bogenförmigen Kanalsegmente. Ein genaueres Auslesen ist jedoch durch eine Kamera möglich, was schon während der Rotation erfolgen kann.
Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann das Stoppen des Fluidflusses nach der definierten Zeitdauer auf andere Arten erreicht werden. Beispielsweise kann der erste Kanal vollständig mit einem Wachs ausgekleidet sein. Wenn nach der definierten Zeit, die der Probe zur Verfügung steht, um sich durch den ersten Fluidkanal zu bewegen, das Wachs geschmolzen wird, führt dies dazu, dass der Kanal sofort komplett verschlossen wird. Die Flüssigkeit wird so weit gekommen sein wie sie gemäß ihrer Viskosität in der definierten Zeit konnte. Somit würde das Stoppen nicht durch ein Verringern der Rotationsfrequenz, sondern durch das Einstrahlen von Licht, um das Wachs zu schmelzen, herbeigeführt werden. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann ein Stoppen des Flusses in den ersten Fluidkanal auch durch ein Verschließen des Fluid-Bereitstellungsbereichs erreicht werden, so dass danach kein Kompressibles Medium mehr zur Verfügung steht, das expandieren könnte. In diesem Fall würde der Antriebsdruck nach der definierten Zeit wegfallen - ebenfalls ohne dass die Rotationsfrequenz reduziert werden müsste. Durch Ver- wendung geeigneter Kunststoffe wäre es auch denkbar, dass die Kanäle selbst (Bereitstellungsbereich oder erster Kanal) an einer Vielzahl von definierten Punkten durch Einstrahlen von Licht kollabieren, so dass sie ohne eine zusätzliche Substanz nach der defin- fierten Zeit verschlossen werden können, um den zu diesem Zeitpunkt gegebenen Zustand einzufrieren - wobei dieser weiterhin von der Viskosität der Probe abhängen würde. Wiederum alternativ könnten auch durch Magnetfelder Ventile geschaltet werden, die den gleichen Effekt erzielen würden. Bei Ausführungsbeispielen ist es somit möglich, den nach der definierten Zeit vorliegenden Zustand einzufrieren, ohne die Rotationsfrequenz zu ändern. Bei Ausführungsbeispielen des zweiten Aspekts ist der Kompressionsbereich als ein mä- anderförmiger Fluidkanal ausgebildet. Die jeweils längeren Abschnitte der Mäanderstruk tur können in im wesentlichen azimutaler Richtung verlaufen. Eine mäanderförmige Ausgestaltung ist vorteilhaft, da dadurch der Effekt einer elastischen Volurnenzunahme, die in flexiblen Foiienmateriaiien, die beispielsweise als Deckel für die Fluidikstrukturen verwen- det werden können, verhindert werden kann. Bei Ausführungsbeispielen des zweiten Aspekts ist der erste Fluidkanal als eine Mäanderstruktur ausgebildet. Die jeweils längeren Abschnitte der Mäanderstruktur können in im wesentlichen azimutaler Richtung verlaufen. Eine solche Struktur ist vorteilhaft, da dadurch die Differenz der radialen Position minimiert werden kann und ferner der fluid i- sehe Widerstand maximiert werden kann, was die Messung sowohl kleiner als auch großer Viskositäten ermöglicht.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß dem zweiten Aspekt können Probenvolumina von 5 μΙ ausreichend sein, um die Viskosität zu bestimmen. Der Bereich der Viskositäten, die be- stimmt werden können, kann höher sein, beispielsweise von 1 - 500 mPAS. Ferner kann die Prozesszeit reduziert sein und ist viel weniger abhängig von der Viskosität der Probe. Eine Reduzierung der Prozesszeit von ~ 10 min auf ~ 30 s kann möglich sein.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß dem zweiten Aspekt kann eine weitere druckbasierte Möglichkeit, um das Wirkungsprinzip zu erreichen, darin bestehen, mit Unterdruck statt mit Überdruck zu arbeiten. Der Einlassbereich könnte beispielsweise nach einem Einbringen der Probe verschlossen werden und ein Abmessen der Probe könnte ohne Entlüftung stattfinden. Alternativ könnte das Abmessen auch vor der Entlüftung stattfinden. Im folgenden könnte dann ein Gleichgewichtszustand während der ersten Phase durch den Unterdruck entstehen, der durch das Transferieren von Flüssigkeitsvolumen aus dem Bereitstellungsbereich in einen Speicherbereich, beispielsweise einen Speichermäander, entsteht. Wenn in der nächsten Phase die Rotationsfrequenz erhöht wird, würde gegen einen zunehmenden Unterdruck Probe in den ersten Fluidkanal gelangen, d.h. das Funktionsprinzip würde das gleiche bleiben. Bei einem abrupten Abbremsen würde der ange- stiegene Unterdruck im Fluidbereitsteilungsbereich dazu führen, dass die Flüssigkeit nicht weiter in den ersten Fluidkanal fließt bzw. zurückfließt. Ein Kompressionsbereich ist bei solchen Ausführungsbeispielen nicht erforderlich.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermöglichen somit die Bestimmung der Viskosität von Proben, wobei gleichzeitig zahlreiche Vorteile erhalten werden können. Es wird nur eine Probenmenge von wenigen nl bis 100 μΙ benötigt, wobei der erfindungsgemäße Lösungsansatz mit einem einfachen Messaufbau und einem einfachen Messablauf auskommt. Die Viskosität kann einfach abgelesen werden. Der Lösungsansatz ist günstig und in Massenproduktion herstellbare Fluidikmodule bzw. Rotationskörper oder Rotoren können für die Viskositätsmessung verwendet werden. Diese Vorteile ermöglichen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erstmals durch die Implementierung einer Viskositätsmessung auf einer zentrifugalen Plattform, wobei eine einfache Auswertung durch Ablesen mit bloßem Auge bei einem geringen Probenvolumenbereich möglich ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung schaffen mit anderen Worten geometrische Strukturen und Methoden, die die Bestimmung der Viskosität einer Probe auf einem zentrifugalen Rotor erlauben, wobei der Rotor mindestens eine erste und eine zweite Kammer besitzt, die durch einen fluidischen Widerstand miteinander verbunden sind, und zwischen diesen Kammern zeitlich definiert und zentrifugal induziert ein Fluss der Probe auftritt, welcher zur Viskositätsbestimmung herangezogen wird. Bei solchen geometrischen Strukturen und Methoden kann das integrale Volumen des zeitlich begrenzten Flusses durch den fluidischen Widerstand für die Viskositätsbestimmung herangezogen werden. Bei solchen Strukturen und Methoden kann die erste Kammer radial weiter innen als die zweite Kam- mer liegen und der Fluss der Probe von der ersten Kammer zu der zweiten Kammer kann durch ein Erhöhen der Rotationsfrequenz induziert werden. Bei Ausführungsbeispielen kann die erste Kammer eine volumendefinierende Funktion besitzen. Bei Ausführungsbeispielen solcher geometrischer Strukturen und Methoden kann die zweite Kammer eine geeignete Geometrie besitzen, um vermittels einer angebrachten zusätzlichen Skala ein Ablesen der Viskosität der Probe nach Abschluss der Messung zu erlauben. Bei Ausführungsbeispielen solcher geometrischer Strukturen und Methoden können die erste und/oder zweite Kammer entlüftet sein. Bei Ausführungsbeispielen solcher geometrischer Strukturen und Methoden kann zumindest eine dritte Kammer vorhanden sein, die radial weiter innen liegt als die nicht entlüftete erste Kammer und mit dieser verbunden ist, so dass die Probe durch Zentrifugation von der dritten Kammer in die erste Kammer gelangt und dort einen Überdruck erzeugt, wodurch dieser Überdruck, bei Verringerung der den Überdruck kompensierenden Zentripetalkraft, den Fluss der Probe von der ersten Kammer in die zweite Kammer induziert. Der Überdruck kann, unter anderem, durch ein von der Probe verdrängtes kompressibles Medium, durch Gasentwicklung aufgrund einer chemischen Reaktion oder durch eine Temperaturerhöhung erzeugt werden.
Bei Ausführungsbeispielen solcher geometrischer Strukturen und Methoden kann die Druckerzeugung in der ersten Kammer durch Verdrängung eines kompressiblen Mediums geschehen. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann die dritte Kammer entlüftet sein. Bei Ausführungsbeispielen solcher geometrischer Strukturen und Methoden kann der fluidische Widerstand zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer eine radial nach innen verlaufende Komponente beinhalten. Bei Ausführungsbeispielen solcher geometrischer Strukturen und Methoden kann der Füllstand der Probe im fluidischen Widerstand zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer, während die Probe im Wesentlichen von der dritten Kammer in die erste Kammer transferiert wird, nicht den Einlasspunkt der zweiten Kammer erreichen. Bei Ausführungsbeispielen solcher geometrischer Strukturen und Methoden kann die Geometrie des fluidischen Widerstands geeignet sein, um den Einfluss von Kapillarkräften auf den Füllstand im fluidischen Widerstand, nach Ab- schluss des Transfers von der dritten Kammer in die erste Kammer, zu verringern. Bei Ausführungsbeispielen kann mindestens eine vierte Kammer vorhanden sein, die mit der ersten Kammer über einen fluidischen Widerstand verbunden ist und deren Einlass sich im Bezug auf die erste Kammer radial weiter außen befindet. Bei Ausführungsbeispielen solcher geometrischer Strukturen und Methoden kann der fluidische Widerstand zwischen der ersten und vierten Kammer größer sein als der fluidische Widerstand jeder anderen Verbindung zwischen den ersten bis vierten Kammern. Bei Ausführungsbeispielen solcher geometrischer Strukturen und Methoden kann der fluidische Widerstand zwischen der ersten und vierten Kammer die Form eines Siphons annehmen. Bei Ausführungsbeispielen solcher geometrischer Strukturen und Methoden ist die vierte Kammer entlüftet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung stützen sich somit auf die Nutzung von Zentripetal- kraft zur direkten oder indirekten Aktuierung einer Probe zur Viskositätsmessung. Ausführungsbeispiele ermöglichen ferner durch den Einsatz von Lithographietechniken das Erreichen sehr geringer Probenmengen, die sich mit bekannten Verfahren zumindest nicht nachstehen. Ausführungsbeispiele der Erfindung nutzen eine direkte zentripetale Flüssigkeitsaktuie- rung, wobei eine zeitlich beschränkte Zentripetalkraft durch eine kurze Erhöhung der Rotationsfrequenz des Rotors und eine nachfolgende Verringerung der Rotationsfrequenz, um den Fluss der Probe zu stoppen, verwendet werden kann. Ausführungsbeispiele der Erfindung nutzen eine indirekte Flüssigkeitsaktuierung durch einen zentripetal induzierten Überdruck in einer Kammer, wobei dieses Überdruckprinzip für die Viskositätsmessung genutzt wird, indem für eine kurze Zeitdauer eine Rotation bereitgestellt wird, während der der Überdruck nicht durch den zentripetal erzeugten hydrostatischen Druck kompensiert wird. Ausführungsbeispiele weisen ferner eine vierte Ablaufkammer auf, so dass die Möglichkeit besteht, die Viskosität anhand des Füllstandes bei Stillstand des Fluidikmoduls bzw. des Rotationskörpers (disk) zu bestimmen. Ausführungsbeispiele der Erfindung schaffen die Möglichkeit, die Viskosität ohne Referenzstandard zu bestimmen und besit- zen eine einfache Ablesemöglichkeit. Abschließend ist festzuhalten, dass die benötigten Fluidikmodule für die Messung mittels Massenproduktionstechniken kostengünstig herstellbar sind.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung, die Rückschlüsse über die Viskosität einer Probe ermöglicht, mit folgenden Merkmalen: einem Fluidikmodul (10; 32), das um ein Rotationszentrum (1 12) drehbar ist;
Fluidikstrukturen (100; 198) in dem Fluidikmodul (10; 32), die einen Fluidbereitstel- lungsbereich (102; 218; 702) und einen ersten Fluidkanal (106; 222; 704), der einen fluidischen Widerstand darstellt und der fluidisch mit dem Fluidbereitstellungs- bereich (102; 218; 702) gekoppelt ist, aufweisen; und einer Antriebseinrichtung (20), die konfiguriert ist, um das Fluidikmodul (10; 32) für eine definierte Zeit mit einer solchen Rotation zu beaufschlagen, dass zentrifugal induziert in der definierten Zeit ein Teil einer Probe aus dem Fluidbereitstellungs- bereich (102; 218; 702) in oder durch den ersten Fluidkanal (106; 222; 704) gelangt, wobei der Teil der Probe, der in der definierten Zeit in oder durch den ersten Fluidkanal (106; 222; 704) gelangt, ein Maß für die Viskosität der Probe ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , bei der der Fluidbereitstellungsbereich eine erste Fluidkammer (102; 218) ist, wobei die Fluidikstrukturen (100; 198) eine zweite Flu- idkammer (104; 224) aufweisen, wobei der erste Fluidkanal (106; 222) fluidisch zwischen die erste Fluidkammer (102; 218) und die zweite Fluidkammer (104; 224) geschaltet ist, wobei in der definierten Zeit ein Teil der Probe durch den ersten Fluidkanal (106; 222) in die zweite Fluidkammer (104; 224) gelangt, wobei der Teil der Probe, der in der definierten Zeit in die zweite Fluidkammer (104; 224) gelangt, ein Maß für die Viskosität der Probe ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die zweite Fluidkammer (104; 224) mit einer Skala versehen ist, die es ermöglicht, Informationen, die einen Rückschluss auf die Viskosität der Probe zulassen, abzulesen und/oder die eine optische Erfassungseinrichtung zum Erfassen von Informationen, die einen Rückschluss auf die Viskosität der Probe zulassen, aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der der erste Fluidkanal (106) von der ersten Fluidkammer ( 102) zu der zweiten Fluidkammer (104) radial abfällt, wobei die Antriebseinrichtung (20) konfiguriert ist, um die Drehfrequenz des Fluidikmo- duls (10; 32) ausgehend von einer Drehfrequenz, die keine ausreichende Zentrifugalkraft bewirkt, um die Probe aus der ersten Fluidkammer (102) in die zweite Fluidkammer (104) zu treiben, die Drehfrequenz für die definierte Zeit so zu erhöhen, dass der Teil der Probe durch Zentrifugalkraft in die zweite Fluidkammer (104) getrieben wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der die Fluidikstrukturen (198) eine dritte Fluidkammer (206) aufweisen, wobei ein zweiter Fluidkanal (216) fluidisch zwischen die dritte (206) und die erste Fluidkammer (218) geschaltet ist, so dass die Probe durch Zentrifugalkraft aus der dritten Fluidkammer (206) in die erste Fluidkammer (218) treibbar ist, um die Probe in die erste Fluidkammer (218) einzubringen, wobei die Antriebseinrichtung (20) konfiguriert ist, um in einer ersten Phase das Fluidikmodul (10; 32) mit einer Drehfrequenz zu drehen, bei der die dadurch bewirkte Zentripetalkraft einen Überdruck in der ersten Fluidkammer (218) kompensiert, wobei keine Probe durch den ersten Fluidkanal (222) in die zweite Fluidkammer (224) getrieben wird, danach in einer zweiten Phase für die definierte Zeit die Drehfrequenz abzusenken, so dass durch den Überdruck in der ersten Fluidkammer (218) der Teil der Probe durch den ersten Fluidkanal (222) in die zweite Fluidkammer (224) getrieben wird, und danach in einer dritten Phase die Drehfrequenz zu erhöhen, so dass nach der definierten Zeit keine Probe mehr durch den ersten Fluidkanal (222) in die zweite Fluidkammer (224) getrieben wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der der Überdruck dadurch bewirkt wird, dass die Probe ein in der ersten Fluidkammer (218) eingeschlossenes kompressibles Medium komprimiert.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der der Überdruck aufgrund einer chemischen Reaktion oder durch eine Temperaturerhöhung erzeugt wird.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der der erste Fluidkanal (222) einen radial nach innen verlaufenden Abschnitt aufweist und an einer solchen radialen Position in die zweite Fluidkammer (224) mündet, dass beim Einbringen der Probe von der dritten Fluidkammer (206) in die erste Fluidkammer (218), die Probe nicht die zweite Fluidkammer (224) erreicht.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei der der erste Fluidkanal (222) und der zweite Fluidkanal (216) derart ausgelegt sind, dass die Flussrate in dem ersten Fluidkanal (222) während der zweiten Phase im Mittel höher ist als die Flussrate in dem zweiten Fluidkanal.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei der die Fluidikstrukturen (198) eine vierte Fiuidkammer (230) und einen dritten Fluidkanal (232) aufweisen, der fluidisch zwischen die erste Fiuidkammer (218) und die vierte Fiuidkammer (230) geschaltet ist, wobei der dritte Fluidkanal (232) einen Flusswiderstand aufweist, der höher ist als der Flusswiderstand des ersten Fluidkanals (222).
1 1. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Antriebseinrichtung (20) konfiguriert ist, um in oder nach der dritten Phase das Fluidikmodul (10; 32) mit einer solchen Drehfrequenz zu drehen, dass die erste Fiuidkammer (218) durch den dritten Flu- idkanal (232) in die vierte Fiuidkammer (230) entleert wird.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 1 1 , bei der der dritte Fluidkanal (232) einen Siphon (232a) aufweist, dessen radial innerster Abschnitt radial weiter außen angeordnet ist als eine radiale Position, an der der erste Fluidkanal (222) in die zwei- te Fiuidkammer (224) mündet, wobei der dritte Fluidkanal (232) an einer Position in die vierte Fiuidkammer (230) mündet, die radial weiter außen angeordnet ist als die erste Fiuidkammer (218).
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Antriebseinrichtung (20) konfiguriert ist, um nach der dritten Phase die Drehfrequenz langsam zu vermindern, um den
Überdruck in der ersten Fiuidkammer (218) langsam abzubauen, wobei Reibungskräfte in der Probe einen geringen Einfluss auf die Fluiddynamik und die Füllstände in dem ersten Fluidkanal (222) und dem dritten Fluidkanal (232) haben und die erste Fiuidkammer (218) über den dritten Fluidkanal (232) entleert wird, ohne dass Probe nach der dritten Phase in die zweite Fiuidkammer (224) gelangt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1 , bei der der Fluidbereitstellungsbereich (702) ausgelegt ist, um ein definiertes Probenvolumen bereitzustellen, wobei die Antriebseinrichtung ausgelegt ist, um das Fluidikmodul mit einer solchen Rotation zu beauf- schlagen, dass ausgehend von einem Gleichgewichtszustand ein Teil der Probe gegen einen pneumatischen Überdruck oder gegen einen pneumatischen Unter- druck in den ersten Fluidkanai (704) gelangt, wobei die Distanz, bis zu der nach der definierten Zeit die Probe den ersten Fluidkanai (704) füllt, ein Maß für die Viskosität der Probe ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der ein erstes Ende des ersten Fluidkanais (704) mit dem Fluidbereitstellungsbereich (702) fluidisch gekoppelt ist, und ein zweites Ende des ersten Fluidkanais (704) mit einem Kompressionsbereich (706) fluidisch gekoppelt ist, der ausgelegt ist, um ein darin eingeschlossenes kompres- sibles Medium zu komprimieren, wobei in der definierten Zeit ein Teil der Probe aus dem Fluidbereitstellungsbereich in den ersten Fluidkanai gelangt und dadurch das kompressible Medium komprimiert, wodurch der pneumatische Überdruck erzeugt wird.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der der Fluidbereitstellungsbereich (702) einen zweiten Fluidkanai aufweist, der einen größeren Strömungsquerschnitt aufweist als der erste Fluidkanai (704) und der in einem radial äußeren Bereich desselben mit dem ersten Fluidkanai (704) gekoppelt ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, bei der der Kompressionsbereich (706) einen dritten Fluidkanai aufweist, der eine größeren Strömungsquerschnitt aufweist als der erste Fluidkanai (704).
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei der zumindest einer, mehrere oder alle des ersten, zweiten und dritten Fluidkanais mäanderförmig verlaufende Kanalabschnitte aufweisen.
19 Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der der Fluidbereitstellungsbereich zumindest während der definierten Zeit verschließbar ist, so dass dadurch, dass ein Teil der Probe aus dem Fluidbereitstellungsbereich in den ersten Fluidkanai gelangt, in dem Fluidbereitstellungsbereich der pneumatische Unterdruck erzeugt wird, gegen den die Probe in den ersten Fluidkanai gelangt.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, bei der der erste Fluidkanai (704) mit einer Skala versehen ist, die es ermöglicht, Informationen, die einen Rückschluss auf die Viskosität der Probe zulassen, abzulesen und/oder die eine optische Erfassungseinrichtung zum Erfassen von Informationen, die einen Rück- schluss auf die Viskosität der Probe zulassen, aufweist.
Verfahren, das Rückschlüsse über die Viskosität einer Probe ermöglicht, mit folgenden Merkmalen: in einer ersten Phase, Drehen des Fluidikmodul (10; 32) einer Vorrichtung nach Anspruch 2, mit keiner oder einer solchen Drehfrequenz, dass keine Probe durch den ersten Fluidkanal (106; 222) in die zweite Fluidkammer (104; 224) gelangt; in einer zweiten Phase, Drehen des Fluidikmoduls (10; 32) für eine definierte Zeit mit einer solchen Drehfrequenz, dass zentrifugal induziert in der definierten Zeit ein Teil einer Probe aus der ersten Fluidkammer (102; 218) durch den ersten Fluidkanal (106; 222) in die zweite Fluidkammer (104; 224) gelangt; und in einer dritten Phase, Drehen des Fluidikmoduls (10; 32) nach der definierten Zeit mit keiner oder einer solchen Drehfrequenz, dass keine Probe durch den ersten Fluidkanal (106; 222) in die zweite Fluidkammer (104; 224) gelangt, wobei der Teil der Probe, der in der zweiten Phase in der definierten Zeit in die zweite Fluidkammer (104; 224) gelangt, ein Maß für die Viskosität der Probe ist.
Verfahren nach Anspruch 21 , das ferner ein Ermitteln des Teils der Probe, die in der definierten Zeit in die zweite Fluidkammer (104; 224) gelangt ist, aufweist, um die Viskosität der Probe zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, bei dem der erste Fluidkanal (106) von der ersten Fluidkammer (102) zu der zweiten Fluidkammer (104) radial abfällt, wobei die Drehfrequenz in der zweiten Phase für die definierte Zeit so erhöht wird, dass der Teil der Probe durch Zentrifugalkraft in die zweite Fluidkammer (104) getrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, bei dem die Fluidikstrukturen (198) eine dritte Fluidkammer (206) aufweisen, wobei ein zweiter Fluidkanal (216) fluidisch zwischen die dritte und die erste Fluidkammer (218, 206) geschaltet ist, so dass die Probe durch Zentrifugalkraft aus der dritten Fluidkammer (206) in die erste Flu- idkammer (218) treibbar ist, um die Probe in die erste Fiuidkammer (218) einzubringen, wobei in der ersten Phase das Fiuidikmodul (10; 32) mit einer Drehfrequenz gedreht wird, bei der die dadurch bewirkte Zentripetalkraft einen Überdruck in der ersten Fiuidkammer (218) kompensiert und keine Probe durch den ersten Fluidkana! (222) in die zweite Fiuidkammer (224) getrieben wird, danach in der zweiten Phase für die definierte Zeit die Drehfrequenz abgesenkt wird, so dass durch den Überdruck in der ersten Fiuidkammer (218) der Teil der Probe durch den ersten Fluidkanal (222) in die zweite Fiuidkammer (224) getrieben wird, und danach in der dritten Phase die Drehfrequenz erhöht wird, so dass nach der defi- nierten Zeit keine Probe mehr durch den ersten Fluidkanal (222) in die zweite Fiuidkammer (224) getrieben wird.
25. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem der Überdruck dadurch bewirkt wird, dass die Probe ein in der ersten Fiuidkammer (218) eingeschlossenes kompressibles Medium komprimiert.
26. Verfahren nach Anspruch 25, bei dem der Überdruck aufgrund einer chemischen Reaktion oder durch eine Temperaturerhöhung erzeugt wird.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, bei dem die Fluidikstrukturen (198) eine vierte Fiuidkammer (230) und einen dritten Fluidkanal (232) aufweisen, der fluidisch zwischen die erste Fiuidkammer (218) und die vierte Fiuidkammer (230) geschaltet ist, wobei der dritte Fluidkanal (232) einen Flusswiderstand aufweist, der höher ist als der Flusswiderstand des ersten Fluidkanals (222) , und wo- bei in oder nach der dritten Phase das Fiuidikmodul (10; 32) mit einer solchen
Drehfrequenz gedreht wird, dass die erste Fiuidkammer (218) durch den dritten Fluidkanal (232) in die vierte Fiuidkammer (230) entleert wird.
28. Verfahren nach Anspruch 27, bei dem der dritte Fluidkanal (232) einen Siphon (232a) aufweist, dessen radial innerster Abschnitt radial weiter außen angeordnet ist als eine radiale Position, an der der erste Fluidkana! (222) in die zweite Fiuidkammer (224) mündet, wobei der dritte Fluidkanal (232) an einer Position in die vierte Fiuidkammer (230) mündet, die radial weiter außen angeordnet ist als die erste Fiuidkammer (218), und bei dem nach der dritten Phase die Drehfrequenz langsam vermindert wird, um den Überdruck in der ersten Fiuidkammer (218) langsam abzubauen, wobei Reibungskräfte in der Probe einen geringen Einfluss auf die Fluiddynamik und die Füllstände in dem ersten Fluidkanal (222) und dem dritten Fluidkanal (232) haben und die erste Fluidkammer (218) über den dritten Fluidkanal (232) entleert wird, ohne dass Probe nach der dritten Phase in die zweite Fluidkammer (224) gelangt.
29. Verfahren, das Rückschlüsse über die Viskosität einer Probe ermöglicht, mit folgenden Merkmalen: in einer ersten Phase, Drehen des Fiuidikmoduls einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20 mit keiner oder einer solchen Drehfrequenz, dass keine Probe in den ersten Fluidkanal (704) gelangt oder nur bis zu einer Anfangsdistanz in den ersten Fluidkanal (704) gelangt; in einer zweiten Phase, Drehen des Fiuidikmoduls für eine definierte Zeit mit einer solchen Drehfrequenz, dass zentrifugal induziert in der definierten Zeit ein Teil einer Probe aus dem Fluidbereitstellungsbereich (702) in den ersten Fluidkanal (704) gelangt, so dass die Probe den ersten Fluidkanal (702) bis zu der Distanz füllt, wobei die definierte Zeit nicht ausreicht, um einen Gleichgewichtszustand zwischen dem durch die Drehung wirkenden Zentrifugaldruck und dem pneumatischen Überdruck oder Unterdruck zu erreichen; und in einer dritten Phase, Stoppen des Fluidflusses in den ersten Fluidkanal (704) nach der definierten Zeit, wobei die Distanz, bis zu der nach der definierten Zeit die Probe den ersten Fluidkanal (704) füllt, ein Maß für die Viskosität der Probe ist.
30. Verfahren nach Anspruch 29, wobei des Stoppen des Fluidflusses in den ersten Fluidkanal (704) ein Drehen des Fiuidikmoduls nach der definierten Zeit mit keiner oder einer solchen Drehfrequenz, dass der pneumatische Überdruck oder Unierdruck gleich oder größer ist als der Zentrifugaldruck, so dass keine weitere Probe aus dem Fluidbereitstellungsbereich (702) in den ersten Fluidkanal (704) gelangt, aufweist. Verfahren nach Anspruch 29 oder 30, das ferner ein Ermitteln der Distanz, bis zu der die Probe nach der definierten Zeit den ersten Fluidkanal füllt, aufweist, um die Viskosität der Probe zu bestimmen.
PCT/EP2014/069970 2013-09-20 2014-09-19 Vorrichtung und verfahren, die rückschlüsse über die viskosität einer probe ermöglichen WO2015040149A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013218978.8 2013-09-20
DE201310218978 DE102013218978B3 (de) 2013-09-20 2013-09-20 Vorrichtung und Verfahren, die Rückschlüsse über die Viskosität einer Probe ermöglichen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015040149A1 true WO2015040149A1 (de) 2015-03-26

Family

ID=51582400

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2014/069970 WO2015040149A1 (de) 2013-09-20 2014-09-19 Vorrichtung und verfahren, die rückschlüsse über die viskosität einer probe ermöglichen

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102013218978B3 (de)
WO (1) WO2015040149A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109939754A (zh) * 2019-04-11 2019-06-28 石家庄禾柏生物技术股份有限公司 一种基于离心力的液体输送模块

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013219929B4 (de) * 2013-10-01 2015-07-30 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Fluidikmodul, Vorrichtung und Verfahren zum Aliquotieren einer Flüssigkeit
DE102016207845B4 (de) 2016-05-06 2018-04-12 Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. Fluidhandhabungsvorrichtung und Verfahren zur Fluidhandhabung
DE102016121764A1 (de) * 2016-11-14 2018-05-17 Testo SE & Co. KGaA Mikrofluidische Verarbeitungskammer und zugehöriges Verfahren
DE102017204002B4 (de) 2017-03-10 2019-05-23 Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. Zentrifugo-pneumatisches schalten von flüssigkeit
DE102023202206A1 (de) 2023-03-10 2024-09-12 Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. Sequentielles Pumpen mittels eines Aktuators

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008003979B3 (de) * 2008-01-11 2009-06-10 Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. Fluidikvorrichtung, Fluidikmodul und Verfahren zum Handhaben einer Flüssigkeit
US8448523B2 (en) * 2008-09-22 2013-05-28 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Device and method for determining at least one flow parameter
DE102012202775A1 (de) * 2012-02-23 2013-08-29 Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. Fluidikmodul, vorrichtung und verfahren zum pumpen einer flüssigkeit

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2033001T3 (es) * 1987-06-12 1993-03-01 Juerg Dual Viscosimetro
JPH03197839A (ja) * 1989-12-26 1991-08-29 Meiji Milk Prod Co Ltd 容器内の液体粘度検査方法及び装置
JP3574900B2 (ja) * 1994-03-07 2004-10-06 グッドブレッド，ジヨセフ 発振システム特性の計測装置と方法
US7188515B2 (en) * 2004-09-24 2007-03-13 The Regents Of The University Of Michigan Nanoliter viscometer for analyzing blood plasma and other liquid samples

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008003979B3 (de) * 2008-01-11 2009-06-10 Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. Fluidikvorrichtung, Fluidikmodul und Verfahren zum Handhaben einer Flüssigkeit
US8448523B2 (en) * 2008-09-22 2013-05-28 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Device and method for determining at least one flow parameter
DE102012202775A1 (de) * 2012-02-23 2013-08-29 Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. Fluidikmodul, vorrichtung und verfahren zum pumpen einer flüssigkeit

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109939754A (zh) * 2019-04-11 2019-06-28 石家庄禾柏生物技术股份有限公司 一种基于离心力的液体输送模块

Also Published As

Publication number Publication date
DE102013218978B3 (de) 2014-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3052233B1 (de) Vorrichtung und verfahren zum aliquotieren einer flüssigkeit
WO2015040149A1 (de) Vorrichtung und verfahren, die rückschlüsse über die viskosität einer probe ermöglichen
DE102012202775B4 (de) Fluidikmodul, vorrichtung und verfahren zum pumpen einer flüssigkeit
EP2632590B1 (de) Mikrofluidischer testträger zum aufteilen einer flüssigkeitsmenge in teilmengen
DE102008003979B3 (de) Fluidikvorrichtung, Fluidikmodul und Verfahren zum Handhaben einer Flüssigkeit
EP3592463B1 (de) Verfahren zum zentrifugo-pneumatischen schalten von flüssigkeit
DE102013203293B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Leiten einer Flüssigkeit durch einen ersten oder zweiten Auslasskanal
EP3829767B1 (de) Vorrichtung und verfahren zum leiten einer flüssigkeit durch ein poröses medium
EP2072131B1 (de) Mikrofluidisches Element zur Durchmischung einer Flüssigkeit in einer Reagenz
EP3154692B1 (de) Fluidikmodul, vorrichtung und verfahren zum handhaben von flüssigkeit
EP1915212B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur bestimmung der volumenanteile der phasen in einer suspension
DE69837576T2 (de) Vorrichtung zum Zugang eines verschlossenen Behälters
DE102016207845B4 (de) Fluidhandhabungsvorrichtung und Verfahren zur Fluidhandhabung
DE102013215002B3 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Bewegen von Flüssigkeit in einem zentrifugalen System unter Verwendung von Unterdruck
DE202009008052U1 (de) Vorrichtung zum Transportieren eines Fluids in einem Kanalstrang eines Mikrofluidelements
DE102004046396A1 (de) Partikelsedimentationsvorrichtung und Verfahren zum Durchführen einer Partikelsedimentation
DE69907678T2 (de) Verfahren und vorrichtung zur entnahme von flüssigen proben aus einem verschlossenen gefäss
EP2688670B1 (de) Fluidisches system zur blasenfreien befüllung einer mikrofluidischen filterkammer
DE3703189C2 (de)
DE102023207560B3 (de) Halten und Transferieren von Flüssigkeiten
DE102020207628B4 (de) Leiten eines flüssigkeitsflusses auf eine aktive festphase
DE102023202206A1 (de) Sequentielles Pumpen mittels eines Aktuators

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14771300

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14771300

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1