WO2018091608A1 - Vorrichtung zur aufnahme, abgabe und bewegung von flüssigkeiten - Google Patents

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Christian Moche
Richard Klemm
Claudia Gärtner
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Microfluidic Chipshop Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a device for receiving, dispensing, diluting or moving liquids and for adding liquid components, which can also be referred to as a fluidic system, in particular a microfluidic system.
  • the device may also be referred to as a chip.
  • the external pumps for the manipulation of lab-on-a-chip systems require a fluidic interface, for the use of which additional components are necessary and which, like all fluidic interfaces, contain the risk of leakage.
  • Syringe pumps integrated directly into fluidic systems avoid a fluidic interface to the outside, but require another element, the plunger, to move liquids.
  • Diaphragm valves offer the advantage that they do without fluidic interface and without other components and only need a preformed well and a movable lid for actuation. These are designed so that they can be operated both pneumatically and mechanically. The operation of these diaphragm valves is usually carried out via a corresponding operating device.
  • the picking and dispensing of liquids, the distribution to different reaction cavities, the movement of liquids and the addition of reaction components require manual handling steps or a corresponding automation of these steps by means of large machines. This is done manually in the sample receiving and reagent supply by pipetting, the mixing and incubated example, by shaking titer plates and for the supply of reagents, these are taken from appropriate storage containers. Both the manual handling and the automated handling required. a larger number of handling steps, additional equipment such as pipettes or automatic pipetting machines as well as the storage possibility of the corresponding reagents.
  • handling is usually done via external pumps and the need for a device to control the system.
  • the present invention combines all handling steps including reagent pre-storage on a manually operated component.
  • the object of the invention is to detect, deliver, dilute, transport and / or mix liquids both manually, i. to operate without further aids, as well as with appropriate devices. This should preferably be possible in fluidic systems without an external pumping or suction device, preferably also manually.
  • a special feature of the system is that it allows for the multiple collection and dispensing of liquids, and that the desired volumes of the liquid taken in or dispensed can be precisely controlled.
  • the component has a flexible or movable area that can be moved into the chamber area or beyond one level of the chamber.
  • the plane of the chamber is the upper boundary of the chamber on the side of the chamber, i. the underside of the chamber occluding component. Due to the movement of the flexible region, liquids or gases can be taken up or released through the fluidic interface or moved in the fluidic system.
  • the movable area can be moved manually or with a suitable operating device.
  • One option is to push or pull up the flexible area to different positions. Particularly advantageous are the possibility of defined fluid delivery and -aufnähme by the combination of the chamber with a small channel system, the multiple recording and -abgäbe of liquids and the possibility of manual operation.
  • the fluidic system preferably has an interface for a liquid reagent reservoir.
  • Particularly advantageous is the configuration of the structural component occluding component as a film, wherein the film is at the same time the movable member by their intrinsic flexibility.
  • the dilution of the absorbed liquid or the supply of reagents takes place via the emptying of a liquid reservoir connected to the structured component, which can be designed as a blister.
  • the external geometry of the fluidic interfaces can be used to influence the liquid absorption and liquid removal.
  • the volume can be defined by the corresponding outlet geometry of the fluidic interface, wherein this volume definition can be further influenced by a surface modification of the fluidic interface.
  • a further fluidic system comprising a structured component having a chamber and a channel system which are sealed with another component, wherein the chamber is fluidically connected via the channel system and a fluidic interface with the outside world.
  • the flexible area is formed by the walls of the chamber.
  • a lateral pressing of the chamber allows the movement of the liquid or the compression effect can be enhanced by the flexible chamber walls.
  • yet another fluidic system comprising a structured component or structured component and another component, the chamber and channel system tightly seals and the chamber is connected via the channel system and the fluid interface with the outside world.
  • the structured component is designed such that the chamber bottom is flexible and can be pressed or expanded.
  • the floor can be made very flexible and a production by means of two-component injection molding is possible, so that a flexible components can be injected together with another component.
  • the basic material of the structured component can also be sufficiently flexible to ensure the functionality of the component. An assembly of the flexible area in the structured component is also possible.
  • the chamber can be connected via a further channel system with a fluidic interface, wherein one of the fluidic interfaces can be capped.
  • the closure with a cap further prevents fluid leakage at this point.
  • valves such as capillary stop valves, which act by changing the capillary diameter, the recording of defined volumes allows.
  • a valve function is produced by local modification of the surface or the function of existing geometrically acting valves is further enhanced by a surface modification in the valve region, the geometrically generated valve function.
  • venting can take place when liquid is taken up by the second fluidic interface and, moreover, liquid absorption and discharge can take place at different points.
  • the closure with a cap further prevents fluid leakage at this point.
  • a corresponding positioning of the fluidic system, that in the liquid delivery, the dispensing fluidic interface is inclined downwards, advantageous.
  • the fluidic system preferably contains a ventilation option for the chamber, which can take place via an additional channel communicating with the outside world or a gas-permeable membrane and this venting device can optionally be closed.
  • the fluidic system includes an inlet channel having a passive plug function, such as a capillary stop valve, a channel taper, or a corresponding surface modification, and either capillary action, which may be enhanced by surface modifications in the area to be filled, or receives a defined amount of liquid by a brought about by the movable components change in the chamber volume.
  • a passive plug function such as a capillary stop valve, a channel taper, or a corresponding surface modification
  • the fluidic system contains an additional reagent reservoir. This may for example be formed as a blister.
  • Dry reagents are preferably introduced into the structured component, which can be taken up by the fluids flowing through and mixed with them.
  • a reagent is presented at a defined location, which dyes the liquid flowing over and thus indicates the reaching of the position at which the reagent is present, and thus the achievement of a certain volume or a residence time.
  • a magnification function is incorporated in the structured component, e.g. in the form of a lens integrated in the structured component in order to be able to better track the attainment of certain positions in the channel system by the liquid and also to better read color reactions as indicator reactions.
  • longer channel elements are introduced as flow restrictors in the fluid flow, to allow a controlled fluid intake and -abgäbe.
  • the reagent reservoir is formed as a blister.
  • the reagent reservoir has a blister seat having pointed elements that pierce the overlying liquid-tightly connected blister.
  • This embodiment has a flap which, via guide elements in the blister seat, permits a defined insertion of the flap and thus a defined volume metering.
  • the volume metering can be done in several stages by special design of the guide elements.
  • the liquid-tight closure of the fluidic interface for fluid intake for example via a cap makes sense.
  • the cap may also be provided with a transport element, e.g. a mandrel or plunger may be provided which projects into the channel and thus transports the liquid therein when the cap is placed on the fluidic interface.
  • the cap can also have a flexible region which can be pressed in or pulled out after placement in order to thus move the liquid in the channel or in the channel system. When pressed in, the liquid is pushed further into the channel. As the flexible portion is withdrawn, liquid is conveyed from the channel toward the fluidic interface. This also allows small movements to be generated.
  • the fluidic system has a long channel to the chamber. Particularly advantageous is this long channel, since it allows a speed of fluid intake can be adjusted and reagents can be introduced into the channel, which optimally resuspend by the long entrainment in the channel.
  • the long channel to the chamber towards additional widening. This embodiment is particularly advantageous because reagents can be prefabricated in the widening and improved mixing can take place by means of a different flow profile.
  • the fluidic system contains a cavity or detection chamber for optical readout and / or for the reaction, which may preferably have different depths. It is particularly advantageous here that an optical detection can be carried out directly and, in the case of an embodiment of the detection chamber with several depths, the dynamic range can also be increased.
  • the fluidic system includes a lateral flow strip, the filling of which is made possible by the operation of the chamber.
  • a lateral flow strip the filling of which is made possible by the operation of the chamber.
  • One embodiment variant includes a venting membrane, another a venting channel.
  • Particularly advantageous is the possibility of liquid intake, which can be operated manually, with the direct possibility of readout via the lateral flow strip.
  • Just targeted ventilation options allow the combination of the vacuum-driven flow achieved by the chamber with the subsequent fluid movement through the suction effect of the lateral flow strip.
  • the fluidic system contains more than one chamber, which are connected to each other via a channel system and can be arranged in one or more planes. It is particularly advantageous that a forwarding and a pushing back and forth and an active mixing over the change of the chamber volume are made possible by the flexible elements.
  • the fluidic system includes attachments on the flexible components that are either external to the chamber or extend into the chamber.
  • attachments on the flexible components that are either external to the chamber or extend into the chamber.
  • the fluidic system has provided reagents in the chamber. It is particularly advantageous here that the chamber not only serves to move the liquid, but the chamber volume can be used directly for dissolving, reacting and mixing reagents. Especially presented dry reagents allow a particularly advantageous use of the chamber here.
  • the cap for emptying the blister is directly connected to pressure elements for moving the flexible region, possibly also realized in one piece.
  • mixing is possible by means of moving elements introduced into the chamber, such as balls or rods, which may also be magnetic. The mixing may additionally be enhanced by or structural elements in the structured component. It is particularly advantageous here that the simple structure of the system allows a particularly effective mixing in the chamber.
  • mixing takes place in the chamber by moving the fluidic system manually. It is particularly advantageous here that the simple design of the system enables manual use.
  • a mixing in the chamber by a device-side mixing mechanism. It is particularly advantageous here that efficient mixing can take place.
  • the channel systems themselves include alignment marks or adjacency marks are attached beside, below or above the channel system, which allow a volume indication.
  • This marker is particularly advantageous as a ruler, as it allows the user to read the recorded or dispensed volume and to stop or continue the recording or dispensing of volumes in order to set up, dispense or move defined volume.
  • a multiple fluid intake or -abgäbe is possible.
  • the fluidic system can be used for multiple recording and dispensing liquids.
  • fluidic interfaces are provided on the structured component which point in different directions, for example perpendicular to the plane of the fluidic system or at a specific angle outgoing from the fluidic system.
  • Particularly advantageous here is that by a special geometry, the up or discharge of liquids can be done in specially shaped surfaces or vessels.
  • a plurality of fluidic interfaces are provided.
  • the recording and dispensing in several places simultaneously or successively possible.
  • a simultaneous delivery or absorption of fluids via the movement of the flexible elements.
  • the intake or delivery of the fluids is controlled by diaphragm valves. This is particularly advantageous because it allows an individual fluid intake or fluid delivery at different fluidic interfaces by the movement of the flexible elements in the chamber.
  • a particular embodiment is the integration of passive valves in the individual distribution channels to a uniform filling and thus a uniform liquid transport and thus, for. to secure the delivery of equal volumes.
  • the intake or delivery of the fluids is controlled by rotary valves.
  • the rotary valves preferably have rotary valve seat (28a) and a rotating rotary valve body (28b) with connecting channel connecting the different parts of the channel system. This is particularly advantageous because it allows an individual fluid intake or fluid delivery at different fluidic interfaces by the movement of the flexible elements in the chamber.
  • the fluidic system is designed as a microfluidic system.
  • the structured component is preferably and essentially made of plastic.
  • the entire component may be e.g. be made as a plastic film.
  • a flexible plastic introduced into the other components such as silicone or TPE or a movable mechanical element made of any material.
  • the fluidic system is also referred to as a thumb pump, because the flexible component is particularly easy to operate with the thumb.
  • Fig. La to lc a fluidic system according to an embodiment.
  • Fig. 2 shows a fluidic system according to an alternative embodiment.
  • FIG. 3 shows a fluidic system according to a further alternative embodiment.
  • FIG. 11 shows a fluidic system according to another embodiment.
  • FIGS. 12 a to 12 d show a fluidic system with a distributor system according to embodiments.
  • FIG. 13 shows a fluidic system according to another embodiment.
  • Fig. 16 shows an embodiment of the chip with cap in a view from above
  • the present invention describes a fluidic system with a chamber, which has a flexible or movable part, usually the bottom or cover, in specific embodiments but also movable walls, which by lifting or depressing recording, dispensing, moving, thinning or Mixing of liquids or gases are allowed, which are connected via at least one channel or an opening with the chamber.
  • the chamber and the movable part are designed so that a predetermined, but adjustable volume of the chamber is displaced by a movement of the movable part from its initial position.
  • predetermined volumes in the return of the movable part in another position or in the starting position in the chamber can be absorbed or delivered.
  • the volume is predetermined by the properties of the fluidic system or can be adjustable by the inventive design of the fluidic system.
  • FIGS. 1 a to 1 c show an embodiment of the fluidic system.
  • 1a and 1c show a plan view of the fluidic system
  • Fig. 1b shows a cross-sectional view of the fluidic system.
  • the fluidic system has a structured component 1 with a chamber 2, wherein the chamber 2 is connected to a channel system 3.
  • the structured component 1 is essentially flat or plate-like.
  • the structured component 1 has a first main side and a second main side, which are opposite to each other in parallel.
  • the chamber 2 and the channel system 3 are formed on the first main side on the surface of the structured component 1.
  • the chamber 2 and the channel system 3 are embedded in the surface of the structured component 1 on the main side.
  • the chamber 2 and the channel system 3 thus represent a depression on the surface of the structured component 1.
  • the first main side is for example an upper side
  • the second main side is for example an underside of the structured component 1.
  • Between the upper side and the lower side of the structured component 1 Side surfaces of the structured component 1 are arranged.
  • the structured component may be formed, for example cuboid.
  • the structured component 1 can also be disc-shaped.
  • the structured member may take any form as long as it is substantially flat.
  • the structured component 1 can be designed, for example, as a platform.
  • the structured component 1 can also be referred to as a structured component 1.
  • the structured component 1 can have a planar design.
  • the chamber 2 or the channel system 3 thus has an upper side which corresponds to the upper side of the structured component 1.
  • An underside of the chamber 2 or of the channel system 3 is formed within the structured component 1.
  • the underside of the chamber 2 can also be referred to as a chamber bottom 7. Between the top of the chamber 2 and the bottom of the interior of the chamber 2 is formed.
  • the chamber 2 or channel system 3 may be formed as a recess in the structured component, e.g. be formed at the top or the bottom he structured component 1.
  • the chamber 2 and the channel system 3 may be formed as different deep depressions.
  • the chamber 2 or the channel system 3 is fluidly connected to the outside world via a fluidic interface 5.
  • the fluidic interface 5 is an opening of the channel system on a side surface of the structured component 1.
  • the opening of the fluidic interface 5 can also be arranged on a top or bottom side of the fluidic system.
  • the structured interface 5 can protrude as a projection from a side surface of the structured component 1.
  • the fluidic system can have a plurality of fluidic interfaces 5 which are each connected to the channel system 3.
  • the fluidic interfaces 5 can be at different Surfaces of the structured component 1 may be arranged, for example, the top, bottom, or side surfaces.
  • the openings of the fluidic interfaces 5 can point in different directions, ie they can have different orientations with respect to the center of the structured component 1.
  • a second component 4 closes the channel system 3 and the chamber 2 liquid-tight and gas-tight, so that the supply and delivery of liquids and gases can only take place via the fluidic interface 5.
  • the second component 4 is arranged on the surface of the structured component 1 such that it closes the chamber 2 and the channel system 3 at the top of the structured component 1.
  • the second component 4 may e.g. glued to the structured component 1 or welded to the structured component.
  • the interior of the chamber 2 is bounded by the underside of the second component 4.
  • the chamber 2 may have a substantially flat oval, rectangular or round shape.
  • the chamber 2 or the interior of the chamber 2 is thus defined on the one hand by the structured component 1 and on the other hand by the second component 4.
  • the second component 4 is flexible or the second component has a flexible or movable region 6.
  • the flexible region 6 of the second component 4 is arranged above the chamber 2 as a direct component of the second component 4.
  • the flexible or movable region 6 may be formed as a further component of the fluidic system.
  • the flexible or movable region 6 of the second component 4 should be arranged at least at one area of the chamber 2 or the outside of the chamber 2.
  • the second component 4 may e.g. be formed as a film or strip and may be made of plastic or metal.
  • the structured component 1 has a flexible region 7 below the chamber.
  • the flexible region 7 is arranged between the chamber bottom and the underside of the structured component 1.
  • the flexible region 7 can be realized either by the application of a further component in the structured component 1 or directly by the material property of the structured component 1 itself or by the fabrication of more than one material e.g. be implemented by multi-component injection molding.
  • the structured component 1 is with the second component 4 and beyond closed with a further component 8, wherein one or both components 4 and 8 may have a flexible or movable area.
  • the second component 4 is arranged at the top of the structured component 1. That is, the top of the chamber 2 is closed with the second component 4.
  • the further component 8 is arranged at the bottom of the structured component 1, the further component 8 is arranged. That is, the bottom of the chamber, so the chamber bottom is closed with the other component 8.
  • a flexible region 9) is shown in the further component 8.
  • the structured component 1 is preferably formed with a cover foil which has sufficient flexibility for pressing in and lifting above or below the chamber 2.
  • the chamber 2 is designed such that the or the flexible regions 6, 7, 9 do not fill the entire chamber 2 when pushing into the chamber 2.
  • the flexible portion 6, 7, 9 when the flexible portion 6, 7, 9 is pressed into the chamber 2, the flexible portion does not close flush with the chamber bottom. That is, liquid or gas that is in the chamber 2 is not completely expelled from the chamber 2 by pushing in the flexible portion 6, 7, 9.
  • a tight closure of the flexible regions 6, 7, 9 with the chamber bottom or subsequent channel systems 3 is not necessary for the functionality.
  • FIGS. 1A to 1C An exemplary operation of the embodiment illustrated in FIGS. 1A to 1C is described below:
  • the flexible area 6 is manually or by hand, eg with a user's finger, or by means of an operating device from the starting position depressed.
  • the flexible portion 6 is pressed from its initial position by pressure in the chamber 2. That is to say, the flexible region 6 is pressed into the interior of the chamber 2 via the upper side.
  • the fluidic interface 5 is immersed in a liquid.
  • the flexible portion 6 moves either automatically, due to the material property of the flexible portion 6, partially or completely back to the starting position, or is moved by a movement of the operating device, such as suction or lifting, back to the starting position.
  • the interior of the chamber is increased again by the return of the flexible portion 6 to the starting position.
  • Due to the increase in volume of the interior creates a negative pressure in the chamber 2 and in the adjacent channel system 3, which communicates via the fluidic interface with the liquid. That is, by the negative pressure, liquid is drawn into the fluidic system.
  • the Underpressure a portion of the liquid is first drawn into the channel system 3 and, at a sufficiently large negative pressure, then in the chamber 2. Liquid is thus absorbed into the fluidic system.
  • the volume of the liquid absorbed or the positioning of the liquid in the channel system 3 By adjusting the displaced by the depression of the flexible portion 6 volume of the interior of the chamber 2 and / or by a defined return of the flexible portion 6 in the starting position, the volume of the liquid absorbed or the positioning of the liquid in the channel system 3 and Adjust the chamber 2 of the fluidic system.
  • Mixing Liquids Mixing of the collected liquid is accomplished by first drawing liquid into the chamber 2, i. Liquid is first added to the fluidic system. Subsequently, either the flexible member 6 is moved, or the fluidic system itself is moved. The movement of the fluidic system takes place, for example, by a multiple tilting of the fluidic system. In this case, a quick shaking should be avoided in order to avoid that bubbles are formed in the liquid received.
  • the discharge of liquids from the fluidic system takes place in that the flexible component 6 or the flexible components are pressed into the chamber 2 into it.
  • the volume of the interior of the chamber 2 which is limited by the flexible member is reduced by the pushing of the flexible member.
  • the liquid, which is located either in the chamber 2 or in the channel system 3, is discharged from the fluidic system according to the volume displaced by the movement of the flexible region 6, ie, by pushing the flexible region 6 into the chamber 2. That is, the displaced liquid is discharged from the chamber 2 via the channel system 3 through the fluidic interface 5.
  • the volume of the discharged liquid may correspond to the volume of the interior of the chamber 2, around which the chamber is reduced by the pushing in of the flexible area.
  • volumes of liquid can be dispensed multiple times.
  • the multiple delivery can take place in that the flexible region 6, 7, 9 is gradually pushed further into the chamber 2 or the interior of the chamber 2.
  • the multiple delivery can also take place in that the flexible region 6, 7, 9 is first pressed once into the chamber 2 and that the flexible region 6, 7, 9 then described above either moved out of the chamber 2 itself or using a Operating svoriques is moved out of the chamber 2.
  • the outward movement at least a portion of the liquid flows back into the channel system 3 connected to the chamber 2.
  • the outward movement is followed by repeated impressions of the flexible area 6, 7, 9 into the second liquid dispensing chamber 2.
  • a fluidic interface 5 is designed as input 5.1 and another fluidic interface 5 as output 5.2 of the fluidic system.
  • the entrance 5.1. and output 5.2 are preferably formed on the structured components 1.
  • the two fluidic interfaces 51 and 5.2 are formed on one side, preferably on an end face or narrow side of the chip (fluidic system). That the input and the output are arranged on one side of the system. This makes it possible to close the input and output with a cap 14, which is also referred to as a jumper.
  • the cap 14 is preferably attached to the fluidic system, preferably to the structured component 1.
  • One or more caps 14 may be attached.
  • only one cap 14 is provided, which can be plugged either to the input 5.1 or output 5.2. This can then be selectively allows a recording of a liquid at the entrance or a discharge of liquid at the output.
  • the one or more caps 14 are attached via a tab 44 on the chip.
  • the flexible region 6 can thus be pressed into the chamber 2, more precisely into the interior of the chamber 2 by pressure from the outside due to its flexibility under a plane defined by the top of the structured component 1.
  • the flexible portion 6 can be tensioned from the outside, e.g. be pulled out of the interior of the chamber 2 by means of negative pressure or an attached device. That is, it can be moved beyond the plane defined by the top of the structured component 1.
  • a recording, dilution delivery, dosage or a transport of liquids is possible. Liquid that has been taken up in the fluidic system can be see systems are transported and stored. Multiple intake and multiple delivery of liquids is possible. Mixing liquids is possible.
  • the fluidic system can be used by the design of the chamber 2 and the flexible regions 6, 7, 9 as a pipette with functions of fluid intake, fluid delivery and the multiple recording and dispensing of liquids.
  • the operation can be done completely manually without further aids or by means of an operating device.
  • FIGS. 4a to 4c show embodiments of the fluidic interface 5.
  • the embodiments of the fluidic interface 5 according to FIGS. 4a to 4c differ in their geometry. More specifically, the illustrated embodiments of the fluidic interface 5 each have an outlet 10, the shape of the outlet 10 being different in the embodiments shown.
  • the specific or defined geometry of the outlet and / or by a surface modification or a material condition of the outlet 10 of the fluidic interface it can be adjusted at which volume of a drop of the liquid dispensed the droplet breaks off from the outlet. Due to the defined geometry of the outlet 10 of the fluidic interface 5, volumes, i. Desired volumes, the liquid drop of the discharged liquid to be preset.
  • the geometry of the outlet 10 of the fluidic interface 5 is also decisive for the volume of liquid dispensed.
  • the flexible region 6, 7, 9 is pressed into the chamber 2, so that forms a drop of the liquid at the outlet 10 of the fluidic interface 5.
  • the flexible region 6, 7, 9 is pressed further into the chamber 2 until the liquid droplet breaks off from the outlet 10. Subsequently, the pushing in of the flexible region 6, 7, 9 or the dispensing of liquid can be ended.
  • the flexible portion 6, 7, 9 can be further pressed into the chamber 2 to produce another drop of liquid.
  • FIGS. 5f to 5f show pressure elements of the flexible regions according to various embodiments.
  • the flexible regions 6, 7, 9 may have pressure elements 11, 12, 13 in order to define a defined depression of the flexible regions 6, 7, 9 into the chamber 2 or a defined extraction or moving out of the flexible regions 6, 7, 9 to allow the chamber 2.
  • pressure elements 11, 12, 13 can be arranged on the flexible areas 6, 7, 9, or be applied.
  • the printing elements 11, 12, 13 can be operated either manually or manually, eg with a finger, or by an operating device.
  • the Pressure elements 11, 12, 13 can be applied to the flexible region 6 materials.
  • the pressure elements 11 may be formed as a silicone hemisphere, as shown for example in Figures 5a and 5b.
  • the pressure elements 12 can be made directly with the flexible region 8, for example by multi-component injection molding, as shown in Figures 5b and 5c.
  • a defined impressions can also be achieved via pressure elements 13, which are achieved as upstanding elements in the structured component, as shown in FIGS. 5e and 5f.
  • the pressure elements 13 shown in FIGS. 5e and 5f are arranged in the chamber 2 of the fluidic system, for example on the chamber bottom, and protrude into the interior of the chamber 2.
  • FIGS. 5a, 5b and 5e respectively show the initial state of the flexible region 6, 7, 9, ie the state when no force or no pressure is exerted on the flexible region 6, 7, 9.
  • Figures 5b, 5d and 5f respectively show a position before a liquid intake and during the liquid discharge, ie a position of the flexible portion 6, 7, 9 when it is pressed into the chamber 2.
  • FIGS. 6a and 6b show further embodiments of the fluidic system. More specifically, Figures 6a and 6b show a fluidic system having two separate fluidic interfaces 5. As shown in FIGS. 6a and 6b, the fluidic interfaces 5 are arranged on different, more specifically opposite, side faces of the structured component 1 and protrude from the respective side faces. Here, the liquid intake can take place through one of the two fluidic interfaces 5, and the liquid removal can be carried out by the other of the two fluidic interfaces 5. As shown in FIG. 6 b, the fluidic interfaces 5 can also be closed by a cap 14 in order to avoid contamination or leakage of fluid from the fluidic interface 5. By the cap 14, the fluid received in the fluidic system can be transported and stored very safe and easy. In other words, the cap 14 may be placed on the fluidic interface 5, more precisely on the opening formed by the fluidic interface 5 in a side surface of the structured component, and terminate the fluidic interface 5 in a fluid-tight manner.
  • the fluidic system can be extended by a liquid reservoir 16.
  • the liquid reservoir 16 is connected via a channel to the channel system 3 or to the chamber 2.
  • the channel may be part of the channel system 3.
  • the liquid reservoirs 16 may be formed for example by one or more so-called blisters, ie, liquid-filled, for example, by piercing opening compartments, which are mounted liquid-tight on the fluidic system.
  • a fluid intake from the blister is achieved by a depression of the flexible portion 6 described above and a moving out of the flexible portion 6 from the chamber 2, wherein by the resulting negative pressure in the Chamber 2 and the channel system 3 via the connected channel liquid from the blister in the channel system 3 and the chamber 2 is received.
  • Leakage of fluid from the fluidic interface 5 is prevented by the placement of a cap 14 on the fluidic interface, if further liquid by the emptying of the liquid reservoir 16, the liquid in the channel system 3 presses into the chamber 2 and the liquid from the liquid reservoir 16 also in the chamber 2 flows.
  • liquid taken up from outside into the fluidic system, which is located in the channel system 3 or in the chamber can be mixed with the liquid in the liquid reservoir 16.
  • the mixing can be facilitated or strengthened by putting the cap 14 on the fluidic interface, since with attached cap 14, the negative pressure created by the movement of the flexible region 6 acts on the liquid in the liquid reservoir 16.
  • the liquid reservoir 16 may also be referred to as a reagent reservoir or liquid reagent reservoir, and may include any type of liquid.
  • Mixing of the liquids can be effected by a movement of the fluidic system, a movement of the flexible region 6, 7, 9 or introduced mixing elements.
  • the mixing elements e.g. Balls made of silicone, made by the manual movement of the fluidic system.
  • mixing may be by means of elements of magnetic materials that are moved through an external mixing device.
  • Figures 7a and 7b show an embodiment of the fluidic system combining two types of fluid intake.
  • the sample receiving by moving the flexible portion 6, 7, 8 of the chamber 2 into the chamber 2 and a moving out of the flexible region, as described above.
  • an independent fluid intake into the fluidic system via a passive filling, i. take place by means of capillary forces of the channel system 3 at the fluidic interface 5.
  • the suction effect caused by the negative pressure or by the capillary forces, and thus the filling speed can be achieved by a surface modification, e.g. a hydrophilization of the channel surface of the channel system 3, be strengthened or accelerated.
  • FIGS. 8a to 8e show a fluid reservoir ejection mechanism 16 in accordance with embodiments.
  • the ejection mechanism may be formed, for example, as a flap 19, wherein the engagement of the flap 19, as shown in Fig.
  • 8d the introduction of a defined amount of liquid from the liquid reservoir 16 in the channel system 3 of the fluidic system, whereby a defined mixing ratio of the liquid from the liquid reservoir is achieved with the liquid absorbed in the fluidic system.
  • 8d shows a state in which the flap 19 presses the liquid reservoir 16 onto the fluidic interface 5 of the channel of the channel system 3. This principle can be extended to additional liquid reservoirs 16 and thus used for multiple mixtures.
  • Fig. 8a shows a squeeze-out mechanism with seat 17, which may be formed as a blister seat and via piercing elements 18, e.g. has small tips.
  • Fig. 8b shows an embodiment of a Ausdrückmechanismus, wherein the seat 17 has latching lugs 19 and the flap 19 is hingedly mounted on the locking lugs 20 of the seat 17 is hinged.
  • the liquid reservoir 16 is disposed on the flap.
  • the ejection mechanism shown in Fig. 8b may also have through-hole elements 18 (not shown) beyond.
  • one of the locking lugs 20 serves as a hinge and another of the locking lugs 20 as a latching surface or support surface for the cap 19, so as to limit a rotation of the cap 19.
  • the flap 19 is closed, the liquid reservoir 16 is pierced and the liquid from the liquid reservoir can be taken up in the channel system 3 of the fluidic interface.
  • the locking lugs By limiting the rotation of the flap 19 by the locking lugs a defined or predetermined amount of the liquid can be discharged from the liquid reservoir to the fluidic system.
  • the seat 17 may also be referred to as a reservoir interface.
  • FIG. 8 c shows an embodiment of the ejection mechanism in which the liquid reservoir 16 is arranged on the surface of the structured component 1.
  • the flap 19 may have a protrusion as shown in Fig. 8d so that the liquid reservoir 16 is expressed by the protrusion when the flap 19 is closed.
  • Fig. 8d shows the depressed ejection mechanism, in this case the flap 19th
  • FIG. 8e is a plan view of a seated expressing mechanism 17 according to an embodiment.
  • FIG. 8e is a plan view of a seated expressing mechanism 17 according to an embodiment.
  • Figures 9a and 9b show a fluidic system with a long channel system 3.
  • the channel system 3 meanders between the fluidic interface 5 and the chamber 2, whereby the length of the channel system 3 is increased. This results in a residence created bridge for the fluid absorbed in the fluidic system.
  • the residence stretch can be filled with reagents, for example dried reagents.
  • a long channel system 3 can be formed.
  • the channel system 3 may further comprise widenings 22 for better mixing, as shown in Fig. 9a, or another passive mixing element. The widenings may be formed as shown in the duct system 3 as elongated or in the flow direction.
  • liquid or reagents can be introduced which mix with the liquid or fluid system taken up into the channel system 3 or the fluid system.
  • the channel system 3 may also have an optical detection chamber or reaction chamber 22, 21 as shown in Fig. 9b.
  • Particularly advantageous is an embodiment of the detection chamber 21 at different depths in order to expand the dynamic range of the measurement.
  • the detection chamber 21 may be inserted at different depths into the structured component 1, so that it has, for example, stepwise different depths of detection chamber floors.
  • FIGS. 10a to 10c Another option for expanding the chamber functionality is the introduction of a lateral flow strip 23, as shown in FIGS. 10a to 10c, which can be filled in a defined manner by means of the pumping function of the fluidic system.
  • a combination of a filling by the pumping action of the chamber 2 in the above-described manual operation or by means of an operating device and the suction effect of the lateral flow strip can take place.
  • the lateral flow strip is let into or introduced into a further chamber, which is likewise connected to the channel system 3.
  • venting channels 25 or gas-permeable and liquid-tight membranes 24, which are respectively connected to the channel system 3 and the chamber of the lateral flow strip, for operating the system is particularly advantageous. This is illustrated, for example, for the gas-permeable and liquid-tight membranes 24 in FIG. 10b and for venting channels 25 in FIG. 10c.
  • the structured component 1 has two chambers 2, which are embedded in the upper side of the structured component.
  • the two chambers 2 are connected directly to one another via a first channel system 3 or a channel.
  • a respective second channel system 3 or a channel Via a respective second channel system 3 or a channel, the two chambers 2 are also connected in each case via a fluidic interface 5 with the environment.
  • This embodiment of the fluidic system can also be referred to as a combined chamber system.
  • the use of combined chamber systems, which can then be used simultaneously as a mixing, reaction, pumping and / or metering unit, is another embodiment of the fluidic system.
  • Figures 12a to 12d show embodiments of the fluidic system with distribution systems 26.
  • a chamber 2 is connected at one end to a manifold system 26.
  • the distribution system 26 may be part of the channel system 3.
  • the distribution system Tem 26 has one or more channels, which lead away from the chamber 2 and thereby branch.
  • the ends of the respective branched channels of the distribution system 26 are each connected to a fluidic interface 5.
  • one channel in each case leads away from the chamber 2 and branches off to 4 channels in each case, which are each connected to a fluidic interface.
  • the distribution systems allow by the movement of the flexible portion 6, 7, 9 and the associated change in the chamber volume, a simultaneous or sequentially switched liquid absorption or -abgäbe.
  • FIG. 12a and 12b show a fluidic system with a distributor system 26, wherein the channel leading away from the chamber 2 branches stepwise, namely first into two further channels. The two further channels then each branch once again into two further channels, so that the channel leading away from the chamber 2 branches off into a total of four channels, which open into the respective fluidic interfaces 5.
  • Fig. 12a all fluidic interfaces 5 are controlled or driven simultaneously by a movement of the flexible region 6, 7, 9.
  • the branched channels of the manifold system 26 may include diaphragm valves 27.
  • diaphragm valves 27 require depressing the diaphragm valves 27 and a liquid-tight closure thereof to close the respective channels individually or together and thus to be able to implement via the fluidic interfaces 5, the liquid intake and Ababäbe.
  • the liquid flow within the respective channels can be controlled in a targeted and defined manner.
  • the individual fluidic interfaces 5 can be selectively controlled or controlled by means of the diaphragm valves 27. That is, they can be driven independently.
  • the diaphragm valves 27 may be brought into a state that does not permit liquid flow in the respective channel, a state that allows an unobstructed fluid flow in the respective channel, and / or a state that allows a reduced fluid flow in the respective channel, respectively to be controlled.
  • a defined and / or simultaneous fluid intake or fluid delivery via the respective fluidic interfaces 5 can be controlled.
  • FIGS. 12c and 12d show an embodiment of the fluidic system with a distributor system 26 in which the channel leading away from the chamber 2 at one point branches in a star shape into four further channels.
  • a rotary valve 28 can be arranged, which can be operated manually or by means of a device from the outside. By means of the rotary valve 28 can thus be a targeted fluid flow between the leading away from the chamber 2 channel and one or more with the branched, that is connected to the fluidic interfaces 5 channels.
  • the body of the rotary valve 28 may itself have one or more recessed channels 29 which, when appropriately positioned at the point of branching, constitute the seat 28a of the rotary valve 28 can connect the branched or connected channels with each other.
  • the option with a rotary valve 28 permits the sequential or parallel fluid intake or discharge via one or more fluidic interfaces 5, which in turn is controlled by the change in the chamber volume. It is also possible to combine one or more diaphragm valves 27 and / or rotary valves 28 in a fluidic system. That is, by means of rotary valves 28, the individual fluidic interfaces 5 can be selectively controlled or controlled. That is, they can be controlled independently of each other.
  • the structured component 1 has a flexible region 7 below the chamber 2, which is realized either by the application of a further component in the structured component 1 or directly on the material property of the structured component 1 itself or by the production of more than one material eg is implemented by multi-component injection molding.
  • FIGS. 14a and 14b A further embodiment is shown in FIGS. 14a and 14b as a plan view or as a sectional view, wherein at a defined position above or below the chamber 2 or the channel system 3, a magnification function 42 is introduced into the structured component 1, which is e.g. is designed in the form of lens to be able to better track the achievement of certain positions in the channel system 3 by the liquid and also to be able to better read color reactions as indicator reactions.
  • a magnification function 42 is introduced into the structured component 1, which is e.g. is designed in the form of lens to be able to better track the achievement of certain positions in the channel system 3 by the liquid and also to be able to better read color reactions as indicator reactions.
  • FIGS. 15a to 15c A further embodiment is shown in FIGS. 15a to 15c, wherein longer channel elements are introduced as flow restrictor 43 in the fluid path in the channel system 3, to allow a controlled fluid intake and delivery.
  • the flow restrictors are of meandering design and / or designed as a channel taper in order to control the flow of a fluid and / or to limit the speed
  • the chamber 2 can be connected to a plurality of channels or channel systems 3, which respectively open in at least one fluidic interface 5.
  • the fluidic system can thus have a plurality of fluidic interfaces 5 and the chamber 2 can have a plurality of channels or channel systems 3 that depart therefrom.
  • Fig. 16 shows an embodiment of the chip in a top view. It is the structured component 1 with a chamber 2 and the channel system 3 shown. The channel system 3 connects the input 5.1. with the chamber 2 and connects the chamber to the output 5.2.
  • a flow restrictor 43 is integrated, which is meander-shaped and / or channel may contain tapers, with which the flow velocity of the fluid can be controlled or reduced.
  • a reservoir interface 17 connected to a liquid reservoir 16.
  • the entrance and exit can be closed with a cap 14 which is secured by a tab 44 on the chip.
  • a cap 14 is provided which can be mutually plugged onto the input or output so as to selectively enable the chip to be able to receive fluids when the input is open, ie without a cap 14, and the output is 5.2. is closed with the cap 14.
  • a necessary negative pressure can build up to receive a fluid via the fluidic interface 5.1 (input).
  • the fluid should be released again.
  • the cap 14 is then placed on the input and this closed fluid-tight. Then the fluid through the output 5.2. be delivered.
  • a circuit between two functions of the chip can be made possible.
  • a plurality of caps 14 on the chip to allow, for example, a transport of the chip or a storage thereof, wherein either the interior of the chip is protected from contamination and / or leakage of fluids present in the interior is prevented.
  • a fluidic system comprising a structured component (1) having a chamber (2) and a channel system (3),
  • the chamber (2) is fluid-tightly sealed with a component (4) and is fluidically connected to the outside world via the channel system (3) and a fluidic interface (5),
  • the component (4) has a flexible or movable region (6) which can be moved at least into a region of the chamber (2) or beyond a plane of the chamber (2), whereby movement of the flexible or movable region (FIG. 6) liquids or gases can be taken up by the fluidic interface (5) or delivered or moved in the fluidic system,
  • Fluidic system comprising:
  • a structured component (1) having a chamber (2) and a channel system (3), the chamber (2) and the channel system (3) being fluid-tightly sealed with a component (4),
  • the chamber (2) being fluidically connected to the outside world via the channel system (3) and the fluidic interface (5),
  • the structured component (1) comprises a flexible or movable region (6) forming side walls of the chamber (2).
  • Fluidic system comprising:
  • a structured component (1) having a chamber (2) and a channel system (3) a component (4) which closes the chamber (2) and the channel system (3) in a fluidtight manner, the chamber (2) being connected via the channel system (3 ) and a fluidic interface (5) is connected to the outside world, and
  • the structured component (1) is designed such that a bottom of the chamber (7) is designed to be flexible and can be pressed in.
  • a fluidic system according to any one of Examples 1 to 4, further comprising a venting device for the chamber (2), wherein the venting device is arranged so that a vent via an additional communicating with the outside world channel (25) or a gas-permeable membrane (24).
  • a fluidic system according to any one of Examples 1 to 5, further comprising an inlet channel having a passive plug function and filled either by capillary action or by a change in chamber volume caused by the flexible or movable components and to accept a defined amount of liquid.
  • a blister seat (17) having pointed members (18) adapted to pierce the overlying liquid-tightly joined blister (16), a flap (19) which can be pressed in defined manner via guide elements (20) in the blister seat (17), whereby a defined volume metering is possible.
  • Fluidic system according to one of Examples 1 to 1 with at least two chambers (2), wherein the at least two chambers (2) via a channel system (3) are directly connected.
  • fluidic interface (5) further comprises an outlet (10), wherein by means of a geometry of the outlet (10) the volume of a dispensed liquid drop is preset.
  • the fluidic system according to one of Examples 1 to 32 further comprising a plurality of fluidic interfaces (5) which are connected to a distribution system (26), wherein the plurality of fluidic interfaces (5) can be selectively controlled.
  • Fluidic system according to one of Examples 1 to 33 wherein an independent fluid intake into the fluidic system by means of capillary forces of the channel system (3) takes place at the fluidic interface (5).

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein fluidisches System mit einer Kammer, die mit beweglichen Elementen verschlossen ist und mit mindestens einem Kanal verbunden ist. Dabei weist das ganze System mindestens eine strukturierte Komponente, mindestens ein auf der strukturierten Komponente aufgebrachtes Bauteil und ein Bauteil zur Flüssigkeitslagerung. Weiterhin enthält die Erfindung eine Verschlussoption für zumindest eine fluidische Schnittstelle. Diese Verschlussoption kann als Kappe oder Ventil ausgestaltet kann. Die vorliegende Erfindung weist mindestens zwei fluidische Schnittstellen auf. Die Kammer wird derart genutzt, dass durch eine Bewegung des beweglichen Elements dieses sowohl in die Kammer als auch aus der Kammer heraus bewegt werden kann. Durch diese Bewegung können Flüssigkeiten oder Gase über einen oder mehrere Kanäle, die mit der Kammer verbunden sind, bewegt werden und über eine Verbindung des Kanals aus der strukturierten Komponente heraus auch abgegeben oder aufgenommen werden. Ein Flüssigkeitsreagenzienreservoir ist über den Probenzuführungskanal mit der Pumpkammer verbunden. Damit kann das System zur Aufnahme, zum Pumpen, zur Verdünnung, zum Mischen und zur Abgabe von Flüssigkeiten oder Gasen genutzt werden. Der Betrieb des Systems kann sowohl händisch als auch mittels einfacher Vorrichtungen oder Geräte erfolgen. Durch integrierte Flüssigkeitsreservoire können sowohl Verdünnungen umgesetzt werden als auch die Zuführung von Reaktionskomponenten oder Waschflüssigkeiten.

Description

Vorrichtung zur Aufnahme, Abgabe und Bewegung von Flüssigkeiten
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Aufnahme, Abgabe, Verdünnung oder Bewegung von Flüssigkeiten sowie zur Zugabe von flüssigen Komponenten, die auch als fluidisches System bezeichnet werden kann, insbesondere auf ein mikrofluidisches System. Die Vorrichtung kann auch als Chip bezeichnet werden.
Hintergrund
Das Aufnehmen und Abgeben von Flüssigkeiten und Gasen sowie deren Bewegung einschließlich des Mischens in fluidischen Systemen, insbesondere in mikrofluidischen Systemen, erfolgt häufig über eine extern angeschlossene Pumpe, die über eine fluidische Schnittstelle mit dem fluidischen System verbunden ist, über in das fluidische System integrierte Spritzenpumpen oder über Membranventile. Alle diese Lösungen benötigen ein entsprechendes Betriebsgerät, um die Pumpen oder Ventile betreiben zu können und sind nicht dazu geeignet, Funktionen wie das Aufnehmen, Abgeben und/oder Bewegen von Flüssigkeiten in Lab-on-a-Chip-Systemen auf einfache Weise umzusetzen.
Die externen Pumpen zur Manipulation von Lab-on-a-Chip-Systemen benötigen eine fluidische Schnittstelle, zu deren Nutzung weitere Komponenten notwendig sind und die wie alle fluidischen Schnittstellen das Risiko der Leckage beinhalten.
Direkt in fluidische Systeme integrierte Spritzenpumpen vermeiden eine fluidische Schnittstelle nach außen, benötigen aber ein weiteres Element, den Stößel, um Flüssigkeiten zu bewegen.
Membranventile bieten den Vorteil, dass diese ohne fluidische Schnittstelle und ohne weitere Komponenten auskommen und lediglich eine vorgeformte Mulde und einen beweglichen Deckel zur Aktuierung benötigen. Dabei sind diese so gestaltet, dass sie sowohl pneumatisch als auch mechanisch betrieben werden können. Der Betrieb dieser Membranventile erfolgt in der Regel über ein entsprechendes Betriebsgerät.
Das Aufnehmen und Abgeben von Flüssigkeiten, die Verteilung auf verschiedene Reaktionskavi- täten, das Bewegen von Flüssigkeiten sowie die Zugabe von Reaktionskomponenten erfordert manuelle Handhabungsschritte bzw. eine entsprechende Automatisierung dieser Schritte mittels großer Automaten. Händisch erfolgt dies bei der Probenaufnahme sowie Reagenzienzuführung mittels Pipettieren, das Mischen und Inkubierten erfolgt beispielsweise durch Schütteln von Titerplatten und für die Zuführung von Reagenzien sind diese aus entsprechenden Vorratsbehältern zu entnehmen. Sowohl die manuelle Handhabung als auch die die automatisierte Handhabung erfor- dert eine größere Anzahl von Handhabungsschritten, Zusatzausrüstung wie Pipetten oder Pipet- tierautomaten sowie die Lagermöglichkeit der entsprechenden Reagenzien.
In mikrofluidischen Systemen erfolgt die Handhabung zumeist über externe Pumpen und Bedarf eines Gerätes zur Steuerung des Systems.
Die vorliegende Erfindung kombiniert alle Handhabungsschritte einschließlich der Reagenzien- vorlagerung auf einem auch händisch zu bedienenden Bauteil.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, die Aufnahme, Abgabe, das Verdünnen, den Transport und/oder das Mischen von Flüssigkeiten sowohl manuell, d.h. ohne weitere Hilfsmittel, als auch mit entsprechenden Vorrichtungen betreiben zu können. Dies soll vorzugsweise in fluidischen Systemen ohne eine externe Pump- oder Saugvorrichtung, vorzugsweise auch manuell, möglich sein. Eine besondere Eigenschaft des Systems ist es, dass eine Mehrfachaufnahme und -abgäbe von Flüssigkeiten möglich ist und dass Wunschvolumina der aufgenommenen bzw. abgegebenen Flüssigkeit präzise gesteuert werden können.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Es ist ein fluidisches System angegeben, umfassend eine strukturierten Komponente mit einer Kammer und einem Kanalsystem, die mit einem Bauteil fluiddicht verschlossen sind, wobei die Kammer über das Kanalsystem und eine fluidische Schnittstelle mit der Außenwelt fluidisch verbunden ist. Das Bauteil verfügt über einen flexiblen oder beweglichen Bereich, der in den Kammerbereich oder über eine Ebene der Kammer hinaus bewegt werden kann. Die Ebene der Kammer ist dabei die obere Begrenzung der Kammer an der Seite zur Kammer, d.h. die Unterseite des die Kammer verschließenden Bauteils. Durch die Bewegung des flexiblen Bereiches können Flüssigkeiten oder Gase durch die fluidische Schnittstelle aufgenommen oder abgegeben werden bzw. im fluidischen System bewegt werden. Dabei kann der bewegliche Bereich händisch oder mit einem entsprechenden Betriebsgerät bewegt werden. Eine Option ist dabei das Eindrücken oder Hochbewegen des flexiblen Bereichs in unterschiedliche Positionen. Besonders vorteilhaft sind die Möglichkeit der definierten Fluidabgabe und -aufnähme durch die Kombination der Kammer mit einem kleinen Kanalsystem, der Mehrfachaufnahme und -abgäbe von Flüssigkeiten sowie die Möglichkeit des händischen Betriebs.
Bevorzugt verfügt das fluidische System über eine Schnittstelle für ein Flüssigreagenzienreser- voir. Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung des das strukturierte Bauteil verschließenden Bauteils als Folie, wobei die Folie durch ihre intrinsische Flexibilität gleichzeitig das bewegliche Bauteil ist.
Die Verdünnung der aufgenommenen Flüssigkeit bzw. die Zuführung von Reagenzien erfolgt über die Entleerung eines mit der strukturierten Komponente verbundenen Flüssigkeitsreservoirs, das als Blister ausgestaltet sein kann. Durch die Außengeometrie der fluidischen Schnittstellen kann die Flüssigkeitsaufnahme und Flüssigkeitsabnahme beeinflusst werden.
Durch die entsprechende Auslassgeometrie der fluidischen Schnittstelle kann das Volumen definiert werden, wobei diese Volumendefinition durch eine Oberflächenmodifikation der fluidischen Schnittstelle weiter beeinflusst werden kann.
Es ist ferner ein weiteres fluidisches System angegeben, umfassend eine strukturierte Komponente mit einer Kammer und einem Kanalsystem die mit einem weiteren Bauteil dicht verschlossen sind, wobei die Kammer über das Kanalsystem und eine fluidische Schnittstelle mit der Außenwelt fluidisch verbunden ist. Dabei wird der flexible Bereich durch die Wände der Kammer gebildet.
Besonders vorteilhaft ist hier, dass auch ein seitliches Drücken der Kammer das Bewegen der Flüssigkeit ermöglicht oder der Kompressionseffekt durch die flexiblen Kammerwände verstärkt werden kann.
Es ist darüber hinaus noch ein weiteres fluidisches System angegeben, umfassend ein strukturiertes Bauteil oder strukturierte Komponente sowie ein weiteres Bauteil, das Kammer und Kanalsystem dicht verschließt und die Kammer über das Kanalsystem und die fluidische Schnittstelle mit der Außenwelt verbunden ist. Dabei ist das strukturierte Bauteil derart ausgeführt, dass der Kammerboden flexibel ist und eingedrückt oder ausgedehnt werden kann.
Besonders vorteilhaft bei dieser Ausführungsvariante ist, dass der Boden besonders flexibel gestaltet werden kann und eine Fertigung mittels Zweikomponentenspritzguss möglich ist, so dass eine flexible Komponenten zusammen mit einer weiteren Komponente gespritzt werden kann. Alternativ kann auch gleich das Grundmaterial des strukturierten Bauteils hinlänglich flexibel sein, um die Funktionalität des Bauteils zu gewährleisten. Eine Montage des flexiblen Bereiches in den das strukturierte Bauteil ist ebenfalls möglich.
Die Kammer kann über ein weiteres Kanalsystem mit einer fluidischen Schnittstelle verbunden sein, wobei eine der fluidischen Schnittstellen mit einer Kappe verschlossen werden kann. Der Verschluss mit einer Kappe verhindert weiterhin einen Flüssigkeitsaustritt an dieser Stelle. Bevorzugt wird durch die Integration von Ventilen, beispielsweise Kapillarstoppventilen, die durch eine Veränderung des Kapillardurchmessers wirken, die Aufnahme definierter Volumina ermöglicht.
Bevorzugt entsteht durch lokale Modifikation der Oberfläche eine Ventilfunktion bzw. wird die Funktion bestehender geometrisch wirkender Ventile durch eine Oberflächenmodifikation im Ventilbereich die geometrisch erzeugte Ventilfunktion noch verstärkt.
Besonders vorteilhaft bei dieser Ausführungsvariante ist, dass bei einer Flüssigkeitsaufnahme durch die zweite fluidische Schnittstelle eine Entlüftung stattfinden kann und zudem Flüssigkeitsaufnahme und -abgäbe an verschiedenen Stellen erfolgen kann. Der Verschluss mit einer Kappe verhindert weiterhin einen Flüssigkeitsaustritt an dieser Stelle. Weiterhin ist eine entsprechende Positionierung des fluidischen Systems, dass bei der Flüssigkeitsabgabe die abgebende fluidische Schnittstelle nach unten geneigt ist, vorteilhaft.
Vorzugsweise enthält das fluidische System eine Entlüftungsoption für die Kammer, die über einen zusätzlichen mit der Außenwelt in Verbindung stehenden Kanal oder eine gasdurchlässige Membran erfolgen kann und diese Entlüftungsvorrichtung optional geschlossen werden kann.
Vorzugsweise enthält das fluidische System einen Einlasskanal, der über eine passive Stopfunkti- on, beispielsweise ein Kapillarstoppventil, eine Kanal Verjüngung oder eine entsprechende Ober- flächenmodifizierung verfügt, und entweder über Kapillarwirkung, die durch Oberflächenmodifi- kationen im zu befüllenden Bereich verstärkt sein kann, oder durch eine durch die beweglichen Bauteile herbeigeführte Veränderung des Kammervolumens eine definierte Menge Flüssigkeit aufnimmt.
Die Aufnahme sehr genauer Volumina ohne das Verwenden von teuren Pipettiereinheiten ist hier besonders vorteilhaft.
In einer bevorzugten Ausgestaltung enthält das fluidische System ein zusätzliches Reagenzienreservoir. Diese kann beispielsweise als Blister ausgeformt sein.
Besonders vorteilhat ist hier, dass mehrere Fluide oder Trockenreagenzien miteinander gemischt werden können und das Reagenz zum Transport von aufgenommener oder im System vorgelegter Flüssigkeit genutzt werden kann.
Bevorzugt sind Trockenreagenzien in die strukturierte Komponente eingebracht, die durch die durchströmenden Fluide aufgenommen und mit diesen gemischt werden können. Bevorzugt ist ein Reagenz an definierter Stelle vorgelegt, welches die hinüberströmende Flüssigkeit färbt und damit das Erreichen der Position, an der das Reagenz vorgelegt ist, und damit das Erreichen eines bestimmten Volumens oder einer Verweilzeit angibt.
Bevorzugt ist an einer definierten Position eine Vergrößerungsfunktion in die strukturierte Komponente eingebracht ist, die z.B. in Form einer in die strukturierte Komponente integrierten Linse erfolgt, um das Erreichen bestimmter Positionen im Kanalsystem durch die Flüssigkeit besser verfolgen zu können und auch Farbreaktionen als Indikatorreaktionen besser ablesen zu können.
Weiter bevorzugt sind längere Kanalelemente als Flussbegrenzer in den Fluidverlauf eingebracht, um eine kontrollierte Flüssigkeitsaufnahme und -abgäbe zu ermöglichen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Reagenzienreservoir als Blister ausgeformt. Vorzugsweise weist das Reagenzienreservoir eine Blistersitz auf, der über spitze Elemente verfügt, die den darüber sitzenden flüssigkeitsdicht verbundenen Blister durchstoßen. Diese Ausführungsform verfügt über eine Klappe, die über Führungselemente im Blistersitz ein definiertes Einfügen der Klappe und damit eine definierte Volumendosierung ermöglichen. Die Volumendosierung kann durch spezielle Ausführung der Führungselemente auch mehrstufig erfolgen.
Dabei ist der flüssigkeitsdichte Verschluss der fluidischen Schnittstelle für die Flüssigkeitsaufnahme beispielsweise über eine Kappe sinnvoll. Die Kappe kann auch mit einem Transportelement, z.B. ein Dorn oder Stößel versehen sein, der in den Kanal hineinragt und somit die darin befindliche Flüssigkeit transportiert, wenn die Kappe auf den fluidische Schnittstelle gesetzt wird. Darüber hinaus oder alternativ kann die Kappe auch einen flexiblen Bereich aufweisen, der nachdem Aufsetzen eingedrückt oder auch herausgezogen werden kann um, somit die im Kanal bzw. im Kanalsystem befindliche Flüssigkeit zu bewegen. Beim Eindrücken wird die Flüssigkeit weiter in den Kanal gedrückt. Beim Herausziehen des flexiblen Bereichs wird Flüssigkeit aus dem Kanal in Richtung der fluidischen Schnittstelle befördert. Dadurch lassen sich auch kleine Bewegungen generieren.
Besonders vorteilhat ist hier, dass so definierte Flüssigkeitsvolumina aus dem Blister abgegeben werden können, und dies auch manuell hoch präzise erfolgen kann. Damit kann in Kombination mit einer definierten Volumenaufnahme ein exaktes Mischungsverhältnis eingestellt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung verfügt das fluidische System über einen langen Kanal zur Kammer hin. Besonders vorteilhaft ist dieser lange Kanal, da damit eine Geschwindigkeit der Flüssigkeitsaufnahme eingestellt werden kann und in den Kanal Reagenzien eingebracht sein können, die durch die lange Mitführung im Kanal optimal resuspendieren. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der lange Kanal zur Kammer hin zusätzliche Aufweitungen auf. Diese Ausführung ist besonders vorteilhaft, da in den Aufweitungen Reagenzien vorkonfektioniert werden können und eine verbesserte Durchmischung durch ein unterschiedliches Flussprofil erfolgen kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung enthält das fluidische System eine Kavität oder Detektions- kammer zur optischen Auslese und/oder zur Reaktion die vorzugsweise noch verschiedene Tiefen aufweisen kann. Besonders vorteilhat ist hier, dass direkt eine optische Detektion erfolgen kann und bei einer Ausführung der Detektionskammer mit mehreren Tiefen auch der dynamische Bereich vergrößert werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung enthält das fluidische Systemeinen Lateral Flow Streifen, dessen Befüllung durch den Betrieb der Kammer ermöglicht wird. Eine Ausführungsvariante beinhaltet eine Entlüftungsmembran, eine andere einen Entlüftungskanal. Besonders vorteilhaft ist die Möglichkeit der Flüssigkeitsaufnahme, die manuell betrieben werden kann, mit der direkten Möglichkeit der Auslese über den Lateral Flow-Streifen. Gerade gezielte Belüftungsoptionen ermöglichen die Kombination des durch die Kammer erzielten Unterdruck-getriebenen Flusses mit der nachfolgenden Flüssigkeitsbewegung durch die Saugwirkung des Lateral Flow Streifens.
In einer bevorzugten Ausgestaltung enthält das fluidische System mehr als eine Kammer, die über ein Kanalsystem miteinander verbunden sind und in einer oder mehreren Ebenen angeordnet sein können. Besonders vorteilhaft ist, dass eine Weiterleitung und ein Hin- und Herschieben sowie ein aktives Mischen über die Veränderung der Kammervolumen durch die flexiblen Elemente ermöglicht werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung enthält das fluidische System Aufsätze auf den flexiblen Bauteilen, die sich entweder außerhalb der Kammer befinden oder in die Kammer hineinreichen. Besonders vorteilhaft ist hier eine genaue Definition des aufzunehmenden bzw. abzugebenden Volumens, das damit auch bei händischem Betrieb unabhängig von der Kraft oder Fingergröße des Nutzers ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung verfügt das fluidische System über vorgelegte Reagenzien in der Kammer. Besonders vorteilhaft ist hier, dass die Kammer nicht nur der Flüssigkeitsbewegung dient, sondern das Kammervolumen direkt zum Auflösen, Reagieren und Mischen von Reagenzien genutzt werden kann. Insbesondere vorgelegte Trockenreagenzien ermöglichen hier eine besonders vorteilhafte Nutzung der Kammer. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Kappe zum Entleeren des Blisters direkt mit Druckelementen zum Bewegen des flexiblen Bereichs verbunden, ggf. auch einstückig realisiert. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein Mischen durch in die Kammer eingebrachte bewegliche Elemente möglich, wie Kugeln oder Stäbe, die auch magnetisch sein können. Das Mischen kann zusätzlich durch oder Strukturelemente in der strukturierten Komponente verstärkt werden. Besonders vorteilhat ist hier, dass der einfache Aufbau des Systems ein besonders effektives Mischen in der Kammer erlaubt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt ein Mischen in der Kammer durch ein händisches Bewegen des fluidischen Systems. Besonders vorteilhat ist hier, dass der einfache Aufbau des Systems einen händischen Gebrauch ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt ein Mischen in der Kammer durch einen geräteseitigen Mischmechanismus. Besonders vorteilhat ist hier, dass ein effizientes Mischen erfolgen kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung beinhalten die Kanalsysteme selbst Justiermarken oder es sind neben, unter oder über dem Kanalsystem Justiermarken angebracht, die eine Volumenangabe ermöglichen. Besonders vorteilhat ist diese Markierung ähnlich eines Lineals, da es dem Nutzer erlaubt, das aufgenommene oder abgegebene Volumen abzulesen und die Aufnahme oder Abgabe von Volumina zu beenden oder weiter fortzusetzen, um definierte Volumen auf-, abzugeben oder zu bewegen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine mehrfache Flüssigkeitsaufnahme bzw. -abgäbe möglich. Besonders vorteilhat ist hier, dass das fluidische System zum mehrfachen Aufnehmen und Abgeben von Flüssigkeiten genutzt werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind fluidische Schnittstellen an der strukturierten Komponente vorgesehen, die in verschiedene Richtungen zeigen, beispielsweise senkrecht zur Ebene des fluidischen Systems oder in einem speziellen Winkel vom fluidischen System abgehend. Besonders vorteilhat ist hier, dass durch eine spezielle Geometrie die Auf- bzw. Abgabe von Flüssigkeiten in speziell geformte Oberflächen oder Gefäße erfolgen kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind mehrere fluidische Schnittstellen vorgesehen.
Dies ist besonders vorteilhaft, da dann eine Abgabe und Aufnahme von Flüssigkeiten an verschiedenen Stellen gleichzeitig oder nacheinander erfolgen kann.
In Kombination mit einem Verteilersystem wird die Aufnahme und Abgabe an mehreren Stellen gleichzeitig oder nacheinander möglich. Bei Nutzung eines reinen Verteilersystems kann eine gleichzeitige Abgabe oder Aufnahme von Flüssigkeiten über die Bewegung der flexiblen Elemente erfolgen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Aufnahme bzw. Abgabe der Flüssigkeiten über Membranventile gesteuert siehe. Dies ist besonders vorteilhaft, da damit eine individuelle Fluidaufnahme bzw. Fluidabgabe an unterschiedlichen fluidischen Schnittstellen durch die Bewegung der flexiblen Elemente in der Kammer erfolgen kann.
Eine besondere Ausgestaltung ist die Integration von passiven Ventilen in die einzelnen Verteilerkanäle um eine gleichmäßige Befüllung und damit einen gleichmäßigen Flüssigkeitstransport und damit z.B. die Abgabe gleicher Volumina zu sichern.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Aufnahme bzw. Abgabe der Flüssigkeiten über Drehventile gesteuert Die Drehventile weisen vorzugsweise Drehventilsitz (28a) und einen rotierenden, die unterschiedlichen Teile des Kanalsystems verbindenden Drehventilkörper (28b) mit Verbindungskanal auf. Dies ist besonders vorteilhaft, da damit eine individuelle Fluidaufnahme bzw. Fluidabgabe an unterschiedlichen fluidischen Schnittstellen durch die Bewegung der flexiblen Elemente in der Kammer erfolgen kann.
In einer besonderen Ausgestaltung ist das fluidische System als mikrofluidisches System ausgebildet. Die strukturierte Komponente ist vorzugsweise und im Wesentlichen aus Kunststoff hergestellt.
Beim flexiblen Element kann das gesamte Bauteil z.B. als Folie aus Kunststoff hergestellt sein. Es aber auch möglich einen in die anderen Bauteile eingebrachten flexiblen Kunststoff wie Silikon oder TPE oder ein bewegliches mechanisches Element aus einem beliebigen Material zu verwenden.
Das fluidische System wird auch als Daumenpumpe bezeichnet, da sich das flexible Bauteil sich besonders leicht mit dem Daumen bedienen lässt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
In den Figuren zeigen:
Fig. la bis lc ein fluidisches System gemäß einer Ausführungsform.
Fig. 2 ein fluidisches System gemäß einer alternativen Ausführungsform.
Fig. 3 ein fluidisches System gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform.
Fig. 4a bis 4c fluidische Schnittstellen eines fluidischen Systems gemäß Ausführungsformen.
Fig. 5a bis 5f Druckelemente eines fluidischen Systems gemäß Ausführungsformen. Fig.6a und 6f ein fluidisches System gemäß einer weiteren Ausführungsform. Fig.7a und 7b ein fluidisches System gemäß einer noch weiteren Ausführungsform.
Fig.8a bis 8e einen Ausdrückmechanismus eines fluidischen Systems gemäß Ausfüh- rungsformen.
Fig.9a und 9b ein fluidisches System mit Aufweitungen und Detektionskammer gemäß
Ausführungsformen.
Fig.10a bis 10c ein fluidisches System mit einem Lateral-Flow- Streifen gemäß Ausfüh- rungsformen.
Fig.11 ein fluidisches System gemäß einer anderen Ausführungsform.
Fig. l2a bis 12d ein fluidisches System mit einem Verteilersystem gemäß Ausführungsfor- men.
Fig.13 ein fluidisches System gemäß einer anderen Ausführungsform.
Fig.14a, 14b ein fluidisches System mit einer Vergrößerungsvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform.
Fig.15a- 15c zeigen ein fluidisches System mit Flussbegrenzern gemäß Ausführungsfor- men.
Fig. 16 eine Ausführungsform des Chips mit Kappe in einer Ansicht von oben
Detaillierte Beschreibung
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein fluidisches System mit einer Kammer, die über einen flexiblen oder beweglichen Teil, zumeist den Boden oder Deckel, in speziellen Ausführungsformen aber auch bewegliche Wände, verfügt, der durch ein Anheben oder Niederdrücken das Aufnehmen, Abgeben, Verschieben, Verdünnen oder Mischen von Flüssigkeiten oder Gasen erlaubt, die über zumindest einen Kanal oder eine Öffnung mit der Kammer verbunden sind.
Dabei sind Kammer und der bewegliche Teil so ausgestaltet, dass durch eine Bewegung des beweglichen Teils aus seiner Ausgangsposition ein vorbestimmtes, aber einstellbares Volumen der Kammer verdrängt wird. So können vorbestimmte Volumina bei der Rückführung des beweglichen Teils in eine andere Position oder in die Ausgangsposition in der Kammer aufgenommen oder abgegeben werden. Mit anderen Worten, das Volumen ist durch die Eigenschaften des fluidischen Systems vorbestimmt oder kann durch erfindungsgemäße Ausgestaltung des fluidischen Systems einstellbar sein.
Fig. la bis lc zeigen eine Ausführungsform des fluidischen Systems. Fig. la und Fig. lc zeigen eine Draufsicht des fluidischen Systems, Fig. lb zeigt eine Querschnittsansicht des fluidischen Systems.
Das fluidische System weist ein strukturiertes Bauteil 1 mit einer Kammer 2 auf, wobei die Kammer 2 die mit einem Kanalsystem 3 verbunden ist. Das strukturierte Bauteil 1 ist im Wesentlichen flach bzw. plattenartig. Mit anderen Worten, das strukturierte Bauteil 1 weist eine erste Hauptseite und eine zweite Hauptseite auf, die sich parallel gegenüberliegen. Die Kammer 2 und das Kanalsystem 3 sind an der ersten Hauptseite an der Oberfläche des strukturierten Bauteils 1 ausgebildet. Mit anderen Worten, die Kammer 2 und das Kanalsystem 3 sind an der Hauptseite in die Oberfläche des strukturieren Bauteils 1 eingelassen. Die Kammer 2 und das Kanalsystem 3 stellen also eine Vertiefung an der Oberfläche des strukturierten Bauteils 1 dar. Die erste Hauptseite ist beispielsweise eine Oberseite, die zweite Hauptseite ist beispielsweise eine Unterseite des strukturierten Bauteils 1. Zwischen der Oberseite und der Unterseite des strukturierten Bauteils 1 sind Seitenflächen des strukturierten Bauteils 1 angeordnet. Das strukturierte Bauteil ist kann beispielsweise quaderförmig ausgebildet sein. Das strukturierte Bauteil 1 kann auch scheibenförmig ausgebildet sein. Das strukturierte Bauteil kann jedoch jede Form annehmen, solange es im Wesentlichen flach ausgebildet ist.
Das strukturierte Bauteil 1 kann beispielsweise als Plattform ausgebildet sein. Das strukturierte Bauteil 1 kann auch als strukturierte Komponente 1 bezeichnet werden. Das strukturierte Bauteil 1 kann flächig ausgebildet sein.
Die Kammer 2 bzw. das Kanalsystem 3 weist also eine Oberseite auf, die der Oberseite des strukturierten Bauteils 1 entspricht. Eine Unterseite der Kammer 2 bzw. des Kanalsystems 3 ist innerhalb des strukturierten Bauteils 1 ausgebildet. Die Unterseite der Kammer 2 kann auch als Kammerboden 7 bezeichnet werden. Zwischen der Oberseite der Kammer 2 und der Unterseite ist der Innenraum der Kammer 2 ausgebildet.
Die Kammer 2 bzw. das Kanalsystem 3 können als Vertiefung in der strukturierten Komponente, z.B. an der Oberseite oder der Unterseite er strukturierten Komponente 1 ausgebildet sein. Die Kammer 2 und das Kanalsystem 3 können als unterschiedlich tiefe Vertiefungen ausgebildet sein.
Die Kammer 2 bzw. das Kanalsystem 3 ist über eine fluidische Schnittstelle 5 fluidisch mit der Außenwelt verbunden. Mit anderen Worten, die fluidische Schnittstelle 5 ist eine Öffnung des Kanalsystems an einer Seitenfläche des strukturierten Bauteils 1. Die Öffnung der fluidischen Schnittstelle 5 kann auch einer Oberseite oder Unterseite des fluidischen Systems angeordnet sei. Wie in Fig. la zu erkennen ist, kann die strukturierte Schnittstelle 5 als Vorsprung von einer Seitenfläche des strukturierten Bauteils 1 hervorstehen. In diesem Fall ist es möglich, mit dem fluidischen System Flüssigkeit direkt von einer Flüssigkeitsoberfläche, z.B. Flüssigkeit, die sich in einem oben offenen Behältnis befindet, aufgenommen werden, indem der Vorsprung in die Flüssigkeit getaucht wird und das flexible bzw. bewegliche Bauteil bewegt wird.
Das fluidische System kann über mehrere fluidische Schnittstellen 5 verfügen, die jeweils mit dem Kanalsystem 3 verbunden sind. Die fluidischen Schnittstellen 5 können an unterschiedlichen Oberflächen des strukturierten Bauteils 1 angeordnet sein, z.B. die Oberseite, Unterseite, oder Seitenflächen. Mit anderen Worten, die Öffnungen der fluidischen Schnittstellen 5 können in unterschiedliche Richtungen zeigen, sie können also verschiedene Orientierungen mit Bezug auf den Mittelpunkt des strukturierten Bauteils 1 aufweisen.
Ein zweites Bauteil 4 verschließt das Kanalsystem 3 und die Kammer 2 flüssigkeits- und gasdicht, so dass die Zufuhr und Abgabe von Flüssigkeiten und Gasen nur über die fluidische Schnittstelle 5 erfolgen kann. Mit anderen Worten, das zweite Bauteil 4 ist an der Oberfläche des strukturierten Bauteils 1 derart angeordnet, dass es die Kammer 2 und das Kanalsystem 3 an der Oberseite des strukturierten Bauteils 1 verschließt. Das zweite Bauteil 4 kann z.B. auf das strukturierte Bauteil 1 aufgeklebt oder mit dem strukturierten Bauteil verschweißt sein.
Mit anderen Worten, an der Oberseite der Kammer 2 wird der Innenraum der Kammer 2 durch die Unterseite des zweiten Bauteils 4 begrenzt. Die Kammer 2 kann eine im Wesentlichen flache ovale, rechteckige oder runde Form aufweisen. Die Kammer 2 bzw. der Innenraum der Kammer 2 wird also einerseits durch die strukturierte Komponente 1 und andererseits durch das zweite Bauteil 4 definiert.
Dabei ist das zweite Bauteil 4 flexibel oder das zweite Bauteil weist einen flexiblen oder beweglichen Bereich 6 auf. Wie in Fig. lb gezeigt, ist der flexible Bereich 6 des zweiten Bauteils 4 oberhalb der Kammer 2 als direkten Bestandteil des zweiten Bauteils 4 angeordnet. Alternativ kann der flexible oder bewegliche Bereich 6 als weitere Komponente des fluidischen Systems ausgebildet sein. Der flexible bzw. bewegliche Bereich 6 des zweiten Bauteils 4 sollte zumindest an einem Bereich der Kammer 2 bzw. der Außenseite der Kammer 2 angeordnet sein.
Das zweite Bauteil 4 kann z.B. als Folie oder Streifen ausgebildet sein und kann als Kunststoff oder Metall hergestellt sein.
Alternative Ausführungsformen des fluidischen Systems sind in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellt. Gemäß der in Fig. 2 gezeigten alternativen Ausführungsform verfügt das strukturierte Bauteil 1 über einen flexiblen Bereich 7 unterhalb der Kammer. Mit anderen Worten, der flexible Bereich 7 ist zwischen dem Kammerboden und der Unterseite des strukturierten Bauteils 1 angeordnet. Der flexible Bereich 7 entweder über das Aufbringen eines weiteren Bauteils in das strukturierte Bauteil 1 realisiert sein oder direkt über die Materialeigenschaft des strukturierten Bauteils 1 selbst oder durch die Fertigung aus mehr als einem Material z.B. durch Mehrkomponentenspritzguss umgesetzt sein.
Eine weitere alternative Ausführungsform ist in Fig. 3 dargestellt. Gemäß der weiteren alternativen Ausführungsform ist das strukturierte Bauteil 1 mit dem zweiten Bauteil 4 und darüber hinaus mit einem weiteren Bauteil 8 verschlossen, wobei eines oder beide Bauteile 4 und 8 über einen flexiblen oder beweglichen Bereich verfügen können. Mit anderen Worten, an der Oberseite des strukturierten Bauteils 1 ist das zweite Bauteil 4 angeordnet. D.h., die Oberseite der Kammer 2 ist mit dem zweiten Bauteil 4 verschlossen. An der Unterseite des strukturierten Bauteils 1 ist das weitere Bauteil 8 angeordnet. D.h., die Unterseite der Kammer, also der Kammerboden, ist mit dem weiteren Bauteil 8 verschlossen. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist ein flexibler Bereich 9) im weiteren Bauteil 8 dargestellt.
Das strukturierte Bauteil 1 ist vorzugweise mit einer Deckelfolie ausgebildet, die eine ausreichend Flexibilität zum Eindrücken und Anheben oberhalb bzw. unterhalb der Kammer 2 aufweist.
Vorzugsweise ist die Kammer 2 derart ausgestaltet, dass der bzw. die flexiblen Bereiche 6, 7, 9 beim Hineindrücken in die Kammer 2 nicht die gesamte Kammer 2 ausfüllen. Mit anderen Worten, wenn der flexible Bereich 6, 7, 9 in die Kammer 2 hinein gedrückt wird, schließt der flexible Bereich nicht bündig mit dem Kammerboden ab. D.h., Flüssigkeit oder Gas, die bzw. das sich in der Kammer 2 befindet, wird durch ein Hineindrücken des flexiblen Bereichs 6, 7, 9 nicht vollständig aus der Kammer 2 verdrängt. Weiterhin ist für die Funktionalität ein dichtes Abschließen der flexiblen Bereiche 6, 7, 9 mit dem Kammerboden oder sich anschließenden Kanalsystemen 3 nicht notwendig.
Ein beispielhafter Betrieb der in Figuren 1 A bis IC dargestellten Ausführungsform ist im Folgenden beschrieben:
Aufnehmen von Flüssigkeit: Zum Aufnehmen von Flüssigkeiten/Gasen in das fluidische System, genauer gesagt, in die Kammer 2 des fluidischen Systems, wird der flexible Bereich 6 manuell bzw. händisch, z.B. mit einem Finger eines Benutzers, oder mittels einer Betriebsvorrichtung aus der Ausgangsposition heruntergedrückt. Mit anderen Worten, der flexible Bereich 6 wird von seiner Ausgangsposition durch Druck in die Kammer 2 hineingedrückt. D.h., der flexible Bereich 6 wird über die Oberseite in den Innenraum der Kammer 2 hineingedrückt. Durch das Hineindrücken des flexiblen Bereichs 6 in die Kammer 2 wird der Innenraum der Kammer 2 verkleinert. Anschließen wird die fluidische Schnittstelle 5 in eine Flüssigkeit getaucht. Der flexible Bereich 6 bewegt sich entweder selbsttätig, aufgrund der Materialeigenschaft des flexiblen Bereichs 6, teilweise oder vollständig zurück in die Ausgangsposition, oder wird durch eine Bewegung der Betrieb svorrichtung, z.B. ein Ansaugen oder Abheben, in die Ausgangsposition zurück bewegt. Mit anderen Worten, der Innenraum der Kammer wird durch das Zurückbewegen des flexiblen Bereichs 6 in die Ausgangsposition wieder vergrößert. Durch die Volumenvergrößerung des Innenraums entsteht ein Unterdruck in der Kammer 2 bzw. im angrenzenden Kanalsystem 3, welches über die fluidische Schnittstelle mit der Flüssigkeit in Verbindung steht. D.h., durch den Unterdruckt wird Flüssigkeit in das fluidische System hineingezogen. Mit anderen Worten, durch den Unterdruck wird ein Teil der Flüssigkeit zunächst in das Kanalsystem 3 und, bei ausreichend großem Unterdruck, anschließend auch in die Kammer 2 hineingezogen. Flüssigkeit wird also in das fluidische System aufgenommen. Durch Einstellen des durch das Herunterdrücken des flexiblen Bereichs 6 verdrängten Volumen des Innenraums der Kammer 2 und/oder durch ein definiertes Zurückführen des flexiblen Bereiches 6 in die Ausgangsposition lässt sich das Volumen der aufgenommenen Flüssigkeit bzw. die Positionierung der Flüssigkeit im Kanalsystem 3 bzw. in der Kammer 2 des fluidischen Systems einstellen.
Mischen von Flüssigkeiten: Ein Mischen der aufgenommenen Flüssigkeit erfolgt dadurch, dass zunächst Flüssigkeit in die Kammer 2 gezogen wird, d.h. Flüssigkeit wird zunächst in das fluidische System aufgenommen. Anschließend wird entweder das flexible Bauteil 6 bewegt, oder das fluidische System selbst wird bewegt. Das Bewegen des fluidischen Systems erfolgt beispielsweise durch ein mehrfaches Kippen des fluidischen Systems. Dabei sollte ein schnelles Schütteln vermieden werden, um zu vermeiden, dass Luftblasen in der aufgenommen Flüssigkeit entstehen.
Abgabe von Flüssigkeiten: Die Abgabe von Flüssigkeiten aus dem fluidischen System erfolgt dadurch, dass das flexible Bauteil 6 bzw. die flexiblen Bauteile in die Kammer 2 hinein gedrückt werden. Mit anderen Worten, das Volumen der Innenraum der Kammer 2, der durch das flexible Bauteil begrenzt ist, wird durch das Hineindrücken des flexiblen Bauteils verringert. Die Flüssigkeit, die sich entweder in der Kammer 2 oder im Kanalsystem 3 befindet, wird entsprechend dem durch die Bewegung des flexiblen Bereich 6, d.h., durch das Hineindrücken des flexiblen Bereichs 6 in die Kammer 2, verdrängten Volumen aus dem fluidischen System abgegeben. D.h., die verdrängte Flüssigkeit wird von der Kammer 2 über das Kanalsystem 3 durch die fluidische Schnittstelle 5 abgegeben. Das Volumen der abgegebenen Flüsssigkeit kann dem Volumen des Innenraums der Kammer 2 entsprechen, um welches die Kammer durch das Hineindrücken des flexiblen Bereichs verkleinert wird. Dabei können Flüssigkeitsvolumina mehrfach abgegeben werden. Die mehrfache Abgabe kann dadurch erfolgen, dass der flexible Bereich 6, 7, 9 schrittweise immer weiter in die Kammer 2 bzw. den Innenraum der Kammer 2 hineingedrückt wird. Die mehrfache Abgabe kann auch dadurch erfolgen, dass der flexible Bereich 6, 7, 9 zunächst einmal in die Kammer 2 hineingedrückt wird und dass der flexible Bereich 6, 7, 9 anschließend wie oben beschrieben sich entweder selbstständig aus der Kammer 2 herausbewegt oder mithilfe einer Betrieb svorrichtung aus der Kammer 2 herausbewegt wird. Durch die Herausbewegung geht ein Rückfluss zumindest eines Teils der Flüssigkeit im mit der Kammer 2 verbundenen Kanalsystem 3 einher. Das Herausbewegen ist von einem wiederholten Eindrücken des flexiblen Bereichs 6, 7, 9 in die Kammer 2 zur erneuten Flüssigkeitsabgabe gefolgt. Mit anderen Worten, durch das wiederholte und abwechselnde Eindrücken in die Kammer 2 und Herausbewegen aus der Kammer 2 des flexiblen Bereichs 6, 7, 9 wird eine Pumpbewegung bzw. eine Pumpfunktionalität vollzogen. Diese führt zu einer wiederholten und abwechselnden Flüssigkeitsaufnahme und Flüssigkeitsabgabe. Verschluss der fluidischen Schnittstelle 5 zur Probennahme: Durch eine Kappe 14 wird die fluidische Schnittstelle 5 zur Probennahme verschlossen. Durch die Ausgestaltung dieser Kappe 14 kann auch durch integrierte Vorsprünge das Volumen in dem Kanalsystem 3 verdrängt werden.
Vorzugsweise ist eine fluidische Schnittstelle 5 als Eingang 5.1 und eine andere fluidische Schnittstelle 5 als Ausgang 5.2 des fluidischen Systems ausgebildet ist. Der Eingang 5.1. und Ausgang 5.2 sind vorzugsweise an der strukturierten Komponenten 1 ausgebildet. Die beiden fluidische Schnittstellen 51 und 5.2 sind dabei an einer Seite, vorzugsweise an einer Stirnseite oder schmalen Seite des Chips (fluidisches System) ausgebildet. D.h. der Eingang und der Ausgang sind auf einer Seite des System angeordnet sind. Dadurch ist es möglich den Eingang und Ausgang mit einer Kappe 14, die auch als Jumper bezeichnet wird, zu verschließen.
Die Kappe 14 ist vorzugsweise am fluidischen System, vorzugsweise an der strukturierten Komponente 1 befestigt. Es können eine oder mehrere Kappen 14 befestigt sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist nur eine Kappe 14 vorgesehen, die entweder auf den Eingang 5.1 oder Ausgang 5.2 aufsteckbar ist. Damit kann dann selektiv ein Aufnehmen einer Flüssigkeit am Eingang oder ein Abgeben von Flüssigkeit am Ausgang ermöglicht werden.
Die eine oder mehreren Kappen 14 sind über eine Lasche 44 am Chip befestigt.
Zugabe von Flüssigkeit: Durch das vollständige oder partielle Entleeren eines Flüssigkeitsreservoirs 16 wird die aufgenommene Probe durch eine Flüssigkeit transportiert und ein Verdünnen oder Zuführen von Reagenzien wird möglich.
Der flexible Bereich 6 kann also durch Druck von außen aufgrund seiner Flexibilität unter eine Ebene, die durch die Oberseite des strukturierten Bauteils 1 definiert ist, in die Kammer 2, genauer gesagt in den Innenraum der Kammer 2 hineingedrückt werden. Andererseits kann der flexible Bereich 6 durch Zug von außen, z.B. mittels Unterdruck oder einer angebrachten Vorrichtung, wieder aus dem Innenraum der Kammer 2 heraus gezogen werden. D.h., er kann über die Ebene, die durch die Oberseite des strukturierten Bauteils 1 definiert wird, hinaus bewegt werden.
Aus diesen Basisfunktionalitäten, d.h. die Aufnahme von Flüssigkeit in das fluidische System, die Abgabe von Flüssigkeit aus dem fluidischen System und das Mischen von im fluidischen System aufgenommener Flüssigkeit, ergeben sich folgende Charakteristika für das fluidische System:
Eine Aufnahme, Verdünnung Abgabe, Dosierung bzw. ein Transport von Flüssigkeiten ist möglich. Flüssigkeit, die in das fluidische System aufgenommen worden ist, kann mithilfe des fluidi- sehen Systems transportiert und gelagert werden. Eine Mehrfachaufnahme und Mehrfachabgabe von Flüssigkeiten ist möglich. Ein Mischen von Flüssigkeiten ist möglich.
Durch die Ausgestaltung des fluidischen Systems gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen kann das fluidische System durch die Ausgestaltung der Kammer 2 und der flexiblen Bereiche 6, 7, 9 als Pipette mit Funktionen der Flüssigkeitsaufnahme, Flüssigkeitsabgabe und dem mehrfachen Aufnehmen und Abgeben von Flüssigkeiten genutzt werden. Dabei kann die Bedienung vollständig manuell ohne weitere Hilfsmittel oder mittels einer Betriebsvorrichtung erfolgen.
Figuren 4a bis 4c zeigen Ausführungsformen der fluidischen Schnittstelle 5. Die Ausführungsformen der fluidischen Schnittstelle 5 gemäß den Figuren 4a bis 4c unterscheiden sich in der Geometrie. Genauer gesagt weisen die gezeigten Ausführungsformen der fluidischen Schnittstelle 5 jeweils einen Auslass 10 auf, wobei sich die Form des Auslasses 10 in den gezeigten Ausführungsformen unterscheidet. Durch die spezielle bzw. definierte Geometrie des Auslasses und/oder durch eine Oberflächenmodifikation bzw. eine Materialbeschaffenheit des Auslasses 10 der fluidischen Schnittstelle kann eingestellt werden, bei welchem Volumen eines Tropfens der abgegebenen Flüssigkeit der Tropfen vom Auslass abreißt. Durch die definierte Geometrie des Auslasses 10 der fluidischen Schnittstelle 5 können Volumina, d.h. Wunschvolumina, des Flüssigkeitstropfens der abgegebenen Flüssigkeit voreingestellt werden. D.h., die Geometrie des Auslasses 10 der fluidischen Schnittstelle 5 ist für das abgegebene Flüssigkeitsvolumen mitentscheidend. Mit anderen worten, wenn Flüssigkeit vom fluidischen System abgegeben werden soll, wird der flexible Bereich 6, 7, 9 in die Kammer 2 hineingedrückt, sodass sich am Auslass 10 der fluidischen Schnittstelle 5 ein Tropfen der Flüssigkeit bildet. Der flexible Bereich 6, 7, 9 wird solange weiter in die Kammer 2 hineingedrückt, bis der Flüssigkeitstropfen vom Auslass 10 abreißt. Anschließend kann das Hineindrücken des flexiblen Bereichs 6, 7, 9 bzw. das Abgeben von Flüssigkeit beendet werden. Alternativ kann der flexible Bereich 6, 7, 9 weiter in die Kammer 2 hineingedrückt werden, um einen weiteren Flüssigkeitstropfen zu erzeugen.
Figuren 5f bis 5f zeigen Druckelemente der flexiblen Bereiche gemäß verschiedener Ausführungsformen. Die flexiblen Bereiche 6, 7, 9 können Druckelemente 11, 12, 13 aufweisen, um ein definiertes Eindrücken der flexiblen Bereiche 6, 7, 9 in die Kammer 2 bzw. ein definiertes Herausziehen bzw. Herausbewegen der flexiblen Bereiche 6, 7, 9 aus der Kammer 2 zu ermöglichen. Mit anderen Worten, um auch bei manueller Betätigung bzw. händischem Betrieb Unterschiede durch eine personenabhängige Krafteinwirkung oder Fingergröße zu verhindern, können auf den flexiblen Bereichen 6, 7, 9 Druckelemente 11, 12, 13 angeordnet sein, bzw. aufgebracht werden. Mit anderen Worten, durch die Druckelemente 11, 12, 13 kann sichergestellt werden, dass durch ein Eindrücken des flexiblen Bereichs 6, 7, 9 in die Kammer 2 immer dasselbe Volumen des Innenraums der Kammer 2 verdrängt wird. Die Druckelemente 11, 12, 13 können entweder händisch bzw. manuell, z.B. mit einem Finger, oder durch eine Betriebsvorrichtung betrieben werden. Die Druckelemente 11, 12, 13 können auf den flexiblen Bereich 6 aufgebrachte Materialien. Beispielsweise können die Druckelemente 11 als eine Silikonhalbkugel ausgebildet sein, wie z.B. in Figuren 5a und 5b gezeigt. Alternativ können die Druckelemente 12 direkt mit dem flexiblen Bereich 8 gefertigt werden, beispielsweise durch Mehrkomponentenspritzguss, wie in Figuren 5b und 5c gezeigt. Alternativ kann ein definiertes Eindrücken auch über Druckelemente 13, die als hochstehende Elemente im strukturierten Bauteil erreicht werden, wie in Figuren 5e und 5f dargestellt. Mit anderen Worten, die in Figuren 5e und 5f gezeigten Druckelemente 13 sind in der Kammer 2 des fluidischen Systems, beispielsweise am Kammerboden angeordnet und ragen in den Innenraum der Kammer 2 hinein. Mittels der Druckelemente 13 kann also die Bewegung des flexiblen Bereichs 6 beim Hineindrücken in die Kammer 2 begrenzt werden, sodass steht nur ein maximales Volumen des Innenraums verdrängt wird. . Figuren 5a, 5b, und 5e zeigen jeweils den Ausgangszustand des flexiblen Bereichs 6, 7, 9, d.h. den Zustand wenn auf den flexiblen Bereich 6, 7, 9 keine Kraft bzw. kein Druck ausgeübt wird. . Figuren 5b, 5d und 5f zeigen jeweils eine Position vor einer Flüssigkeitsaufnahme bzw. während der Flüssigkeitsabgabe, also eine Position des flexiblen Bereichs 6, 7, 9 wenn dieser in die Kammer 2 hineingedrückt ist.
Figuren 6a und 6b zeigen weitere Ausführungsformen des fluidischen Systems. Genauer gesagt zeigen Figuren 6a und 6b ein fluidisches System, welches zwei separate fluidische Schnittstellen 5 aufweist. Wie in Figuren 6a und 6b gezeigt, sind die fluidischen Schnittstellen 5 an verschiedenen, genauer gesagt entgegen gesetzten Seitenflächen des strukturierten Bauteils 1 angeordnet und ragen von den jeweiligen Seitenflächen hervor. Hier kann die Flüssigkeitsaufnahme durch eine der beiden fluidische Schnittstellen 5 erfolgen, und die Flüssigkeitsabnahme kann durch die andere der beiden fluidischen Schnittstellen 5 erfolgen. Wie in Fig. 6b gezeigt können die fluidischen Schnittstellen 5 auch durch eine Kappe 14 verschlossen werden, um Kontaminationen oder ein Austreten von Flüssigkeit aus der fluidischen Schnittstelle 5 zu vermeiden. Durch die Kappe 14 kann die im fluidischen System aufgenommene Flüssigkeit besonders sicher und einfach transportiert und gelagert werden. Mit anderen Worten, die Kappe 14 kann auf die fluidische Schnittstelle 5, genauer gesagt, auf die durch die fluidische Schnittstelle 5 ausgebildete Öffnung in einer Seitenfläche des strukturierten Bauteils, aufgesetzt sein und die fluidische Schnittstelle 5 fluiddicht abschließen.
Wie in Figuren 7a und 7b gezeigt, kann das fluidische System durch ein Flüssigkeitsreservoir 16 erweitert werden. Das Flüssigkeitsreservoir 16 ist über einen Kanal mit dem Kanalsystem 3 bzw. mit der Kammer 2 verbunden. Der Kanal kann ein Teil des Kanalsystems 3 sein. Die Flüssigkeitsreservoire 16 können beispielsweise durch einen oder mehrere sogenannte Blister ausgebildet sein, d.h. flüssigkeitsgefüllte, sich z.B. durch ein Anstechen öffnende Kompartimente, die auf das fluidische System flüssigkeitsdicht montiert sind. Eine Flüssigkeitsaufnahme aus dem Blister wird durch ein oben beschriebenes Niederdrücken des flexiblen Bereichs 6 und ein Herausbewegen des flexiblen Bereichs 6 aus der Kammer 2 erreicht, wobei durch den entstehenden Unterdruck in der Kammer 2 und das Kanalsystem 3 über den verbundenen Kanal Flüssigkeit aus dem Blister in das Kanalsystem 3 bzw. die Kammer 2 aufgenommen wird. Ein Austreten von Flüssigkeit aus der fluidischen Schnittstelle 5 wird durch das Aufsetzen einer Kappe 14 auf die fluidische Schnittstelle verhindert, wenn weitere Flüssigkeit durch das Entleeren des Flüssigkeitsreservoirs 16 die Flüssigkeit im Kanalsystem 3 in die Kammer 2 drückt und die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsreservoir 16 ebenfalls in die Kammer 2 strömt. Mit anderen Worten, von außen in das fluidische System aufgenommene Flüssigkeit, die sich im Kanalsystem 3 bzw. in der Kammer befindet, kann mit der Flüssigkeit im Flüssigkeitsreservoir 16 vermischt werden. Das Vermischen kann durch das Aufsetzen der Kappe 14 auf die fluidische Schnittstelle erleichtert bzw. verstärkt werden, da mit aufgesetzter Kappe 14 der durch das Bewegen des flexiblen Bereichs 6 entstehende Unterdruck auf die Flüssigkeit im Flüssigkeitsreservoir 16 wirkt.
Das Flüssigkeitsreservoir 16 kann auch als Reagenzienreservoir oder Flüssigreagenzienreservoir bezeichnet werden, und kann jede Art von Flüssigkeit beinhalten.
Ein Mischen der Flüssigkeiten kann durch eine Bewegung des fluidischen Systems, eine Bewegung des flexiblen Bereichs 6, 7, 9 oder eingebrachte Mischelemente erfolgen. Dabei können die Mischelemente, z.B. Kugeln aus Silikon, durch die manuelle Bewegung des fluidischen Systems erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann das Mischen mittels Elemente aus magnetischen Materialien erfolgen, die durch ein Vorrichtung zum Mischen von außen bewegt werden.
Figuren 7a und 7b zeigen eine Ausführungsform des fluidischen Systems, die zwei Arten der Flüssigkeitsaufnahme kombiniert. Zum einen erfolgt beispielsweise durch die als Flüssigkeitseingang dienende fluidische Schnittstelle 5 die Probenaufnahme durch ein Bewegen des flexiblen Bereiches 6, 7, 8 der Kammer 2 in die Kammer 2 und ein Herausbewegen des flexiblen Bereichs, wie oben beschrieben. Alternativ kann eine selbstständige Flüssigkeitsaufnahme in das fluidische System, über eine passive Befüllung, d.h. mittels Kapillarkräfte des Kanalsystems 3 an der fluidischen Schnittstelle 5 erfolgen. Die Sogwirkung, die durch den Unterdruck bzw. durch die Kapillarkräfte entsteht, und damit die Befüllgeschwindigkeit, kann durch eine Oberflächenmodifikation, z.B. eine Hydrophilisierung der Kanaloberfläche des Kanalsystems 3, verstärkt bzw. beschleunigt werden.
Ferner kann mittels passiver Ventile im Kanalsystem 3, beispielsweise Kapillarstoppventile und Kanal Verjüngungen 41, siehe Fig. 7a, des Kanalsystems 3 das Volumen der aufgenommenen Flüssigkeit festgelegt werden. Damit wird eine definierte Menge Flüssigkeit aufgenommen werden, wobei eine Verschlusskappe bei dem Entleeren des Flüssigkeitsreservoirs 16 das Austreten der Flüssigkeit verhindert. Figuren 8a bis 8e zeigen einen Ausdrückmechanismus für das Flüssigkeitsreservoir 16 gemäß Ausführungsformen. Der Ausdrückmechanismus kann beispielsweise als eine Klappe 19 ausgebildet sein, wobei das Einrasten der Klappe 19, wie in Fig. 8d dargestellt das Einführen einer definierten Menge Flüssigkeit vom Flüssigkeitsreservoir 16 in das Kanalsystem 3 des fluidischen Systems, womit ein definiertes Mischverhältnis der Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsreservoir mit der im Fluidischen System aufgenommenen Flüssigkeit erreicht wird. Fig. 8d zeigt dabei einen Zustand, bei dem die Klappe 19 das Flüssigkeitsreservoir 16 auf die fluidische Schnittstelle 5 des Kanals des Kanalsystems 3 presst. Dies Prinzip ist auf weitere Flüssigkeitsreservoire 16 erweiterbar und damit für Mehrfachmischungen einsetzbar.
Fig. 8a zeigt einen Ausdrückmechanismus mit Sitz 17, der als Blistersitz ausgebildet sein kann und über Durchstechelemente 18, z.B. kleine Spitzen verfügt.
Fig. 8b zeigt eine Ausführungsform eines Ausdrückmechanismus, wobei der Sitz 17 Rastnasen 19 aufweist und die Klappe 19 scharnierartig an den Rastnasen 20 des Sitzes 17 beweglich montiert ist. Wie in Fig. 8b gezeigt, ist das Flüssigkeitsreservoir 16 an der Klappe angeordnet. Der in Fig. 8b gezeigte Ausdrückmechanismus kann darüber hinaus ebenfalls Durchsteckelemente 18 (nicht gezeigt) aufweisen. Dabei dient eine der Rastnasen 20 als Scharnier und eine andere der Rastnasen 20 als Rastfläche bzw. Auflagefläche für die Kappe 19, um so eine Drehung der Kappe 19 zu begrenzen. D.h., beim Zuklappen der Klappe 19 wird das Flüssigkeitsreservoir 16 aufgestochen und die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsreservoir kann in das Kanalsystem 3 der fluidischen Schnittstelle aufgenommen werden. Durch die Begrenzung der Drehung der Klappe 19 durch die Rastnasen kann eine definierte bzw. vorbestimmte Menge der Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsreservoir an das fluidische System abgegeben werden.
Der Sitz 17 kann auch als Reservoirschnittstelle bezeichnet werden.
Fig. 8c zeigt eine Ausführungsform des Ausdrückmechanismus, bei dem das Flüssigkeitsreservoir 16 auf der Oberfläche des strukturierten Bauteils 1 angeordnet ist. In diesem Fall kann die Klappe 19 eine Ausbuchtung bzw. Vorsprung aufweisen, wie in Fig. 8d gezeigt, sodass das Flüssigkeitsreservoir 16 beim Zuklappen der Klappe 19 durch den Vorsprung ausgedrückt wird. Fig. 8d zeigt den niedergedrückten Ausdrückmechanismus, in diesem Fall die Klappe 19. .
Fig. 8e ist eine Draufsicht eines Ausdrückmechanismus mit Sitz 17 gemäß einer Ausführungsform.
Figuren 9a und 9b zeigen ein fluidisches System mit einem langen Kanalsystem 3. Wie in Figuren 9a und 9b gezeigt, mäandert das Kanalsystem 3 zwischen der fluidischen Schnittstelle 5 und der Kammer 2, wodurch die Länge des Kanalsystems 3 vergrößert ist. Dadurch wird eine Verweilstre- cke für die in das fluidische System aufgenommene Flüssigkeit geschaffen. Die Verweil strecke kann mit Reagenzien, beispielsweise eingetrockneten Reagenzien, befüllt sein. Dadurch kann ein langes Kanalsystem 3 ausgebildet sein. Das Kanalsystem 3 kann ferner Aufweitungen 22 zur besseren Vermischung, wie in Fig. 9a gezeigt, oder ein weiteres passives Mischelement aufweisen. Die Aufweitungen können wie gezeigt als längliche bzw. in Strömungsrichtung im Kanalsystem 3 ausgebildet sein. In den Aufweitungen 22 kann Flüssigkeit bzw. Reagenzien eingebracht sein, die sich mit der in das Kanalsystem 3 bzw. das fluidische System aufgenommen bzw. mit der vom fluidischen System abgegebenen Flüssigkeit vermischen. Das Kanalsystem 3 kann ebenfalls eine optische Detektionskammer oder Reaktionskammer 22, 21, wie in Fig. 9b gezeigt, aufweisen. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Ausgestaltung der Detektionskammer 21 in verschiedenen Tiefen, um den dynamischen Bereich der Messung zu erweitern. Mit anderen Worten, die Detektionskammer 21 kann unterschiedlich tief in das strukturierte Bauteil 1 eingelassen sein, sodass sie z.B. stufenartig verschieden tiefe Detektionskammerböden aufweist.
Eine weitere Option der Erweiterung der Kammerfunktionalität ist die Einbringung eines Lateral- Flow- Streifens 23, wie in Figuren 10a bis 10c gezeigt, der mittels der Pumpfunktion des fluidischen Systems definiert befüllt werden kann. So kann auch eine Kombination einer Befüllung durch die Pumpwirkung der Kammer 2 beim oben beschriebenen händischen Betrieb bzw. mittels einer Betriebsvorrichtung und die Saugwirkung des Lateral-Flow- Streifens erfolgen. Wie in Figuren 10a bis 10c gezeigt, ist der Lateral-Flow- Streifen in eine weitere Kammer eingelassen bzw. eingebracht, die ebenfalls mit dem Kanalsystem 3 verbunden ist. Die Nutzung von Entlüftungskanälen 25 oder gasdurchlässigen und flüssigkeitsdichten Membranen 24, die jeweils mit dem Kanalsystem 3 bzw. der Kammer des Lateral-Flow- Streifens verbunden sind, zum Betrieb des Systems ist besonders vorteilhaft. Dies ist beispielsweise für die gasdurchlässigen und flüssigkeitsdichten Membranen 24 in Fig. 10b und für Entlüftungskanäle 25 in Fig. 10c dargestellt.
Fig. 11 zeigt ein fluidisches System gemäß einer noch weiteren Ausführungsform. Wie in Fig. 11 gezeigt, weist das strukturierte Bauteil 1 zwei Kammern 2 auf, die in die Oberseite des strukturierten Bauteils eingelassen sind. Die zwei Kammern 2 sind über ein erstes Kanalsystem 3 bzw. einen Kanal direkt miteinander verbunden. Über ein jeweils zweites Kanalsystem 3 bzw. einen Kanal sind die beiden Kammern 2 ebenfalls jeweils über eine fluidische Schnittstelle 5 mit der Umgebung verbunden. Diese Ausgestaltung des fluidischen Systems kann auch als miteinander kombiniertes Kammersystem bezeichnet werden. Die Nutzung von miteinander kombinierten Kammersystemen, die dann gleichzeitig als Misch-, Reaktions-, Pump- und/oder Dosiereinheit zum Einsatz kommen können, ist eine weitere Ausführungsform des fluidischen Systems.
Figuren 12a bis 12d zeigen Ausführungsformen des fluidischen Systems mit Verteilersystemen 26. Wie in Figuren 12a bis 12d gezeigt, ist eine Kammer 2 an einem Ende mit einem Verteilersystem 26 verbunden. Das Verteilersystem 26 kann Teil des Kanalsystems 3 sein. Das Verteilersys- tem 26 weist einen oder mehrere Kanäle auf, die von der Kammer 2 wegführen und sich dabei verzweigen. Die Enden der jeweiligen verzweigten Kanäle des Verteilersystems 26 sind jeweils mit einer fluidischen Schnittstelle 5 verbunden. Wie in den Ausführungsformen des fluidischen Systems der Figuren 12a bis 12d gezeigt, führt jeweils ein Kanal von der Kammer 2 weg und verzweigt sich zu jeweils 4 Kanäle, die mit jeweils einer fluidischen Schnittstelle verbunden sind. Die Verteilersysteme erlauben durch die Bewegung des flexiblen Bereichs 6, 7, 9 und die damit verbundene Änderung des Kammervolumens eine gleichzeitige oder nacheinander geschaltete Flüssigkeitsaufnahme bzw. -abgäbe.
Fig. 12a und 12b zeigen ein fluidisches System mit einem Verteilersystem 26, wobei sich der von der Kammer 2 wegführende Kanal schrittweise verzweigt, nämlich zunächst in zwei weitere Kanäle. Die zwei weiteren Kanäle verzweigen sich anschließend jeweils noch einmal in zwei weitere Kanäle, sodass sich der von der Kammer 2 wegführende Kanal in insgesamt vier Kanäle verzweigt, die in die jeweiligen fluidischen Schnittstellen 5 münden. In Fig. 12a werden durch eine Bewegung des flexiblen Bereichs 6, 7, 9 alle fluidischen Schnittstellen 5 gleichzeitig gesteuert bzw. angesteuert. Wie in Fig. 12b gezeigt, können die verzweigten Kanäle des Verteilersystems 26 Membranventile 27 aufweisen. Die Nutzung von Membranventilen 27 erfordert ein Eindrücken der Membranventile 27 und einen flüssigkeitsdichten Verschluss derselben, um die jeweiligen Kanäle einzeln oder gemeinsam zu verschließen und damit über die fluidischen Schnittstellen 5 die Flüssigkeitsaufnahme bzw. -abgäbe umsetzen zu können. Mit anderen Worten, mittels der Membranventile 27 kann der Flüssigkeitsstrom innerhalb der jeweiligen Kanäle gezielt und definiert gesteuert werden. D.h., die einzelnen fluidischen Schnittstellen 5 können mittels der Membranventile 27 gezielt gesteuert bzw. angesteuert werden. D.h., sie können unabhängig voneinander angesteuert werden. Die Membranventile 27 können in einen Zustand, der keinen Flüssigkeitsstrom im jeweiligen Kanal zulässt, einen Zustand, der einen ungehinderten Flüssigkeitsstrom im jeweiligen Kanal zulässt, und/oder einen Zustand, der einen verringerten Flüssigkeitsstrom im jeweiligen Kanal zulässt, gebracht werden, bzw. können dementsprechend gesteuert werden. So kann eine definierte und/oder gleichzeitige Flüssigkeitsaufnahme bzw. Flüssigkeitsabgabe über die jeweiligen fluidischen Schnittstellen 5 gezielt gesteuert werden.
Fig. 12c und 12d zeigen eine Ausführungsform des fluidischen Systems mit einem Verteilersystem 26, bei dem sich der von der Kammer 2 wegführende Kanal an einem Punkt sternförmig in vier weitere Kanäle verzweigt. Wie in Fig. 12c gezeigt, kann an dem Punkt der Verzweigung ein Drehventil 28 angeordnet sein, welches von außen händisch oder mittels einer Vorrichtung bedienbar ist. Mithilfe des Drehventils 28 kann somit ein gezielter Flüssigkeitsstrom zwischen dem von der Kammer 2 wegführenden Kanal und einem oder mehreren mit den verzweigten, d.h. mit den fluidischen Schnittstellen 5 verbundenen Kanälen verbunden werden. Der Körper des Drehventils 28 kann selbst einen oder mehrere eingelassene Kanäle aufweisen 29, die bei entsprechender Positionierung auf dem Punkt der Verzweigung, der den Sitz 28a des Drehventils 28 bilden kann, die verzweigten bzw. angeschlossenen Kanäle miteinander verbinden. Die Option mit einem Drehventil 28 erlaubt je nach Ausgestaltung eines im Drehventilkörper (28b) integrierten Verteilerkanals 29 die sequentielle oder parallele Flüssigkeitsaufnahme bzw. -abgäbe über eine oder mehrere fluidischen Schnittstellen 5, die wiederum über die Änderung des Kammervolumens gesteuert wird. Es ist auch möglich, ein oder mehrere Membranventile 27 und/oder Drehventile 28 in einem fluidischen System zu kombinieren. D.h., auch mittels Drehventile 28 können die einzelnen fluidischen Schnittstellen 5 gezielt gesteuert bzw. angesteuert werden. D.h., sie können unabhängig voneinander angesteuert werden.
Generell gilt für das fluidische System gemäß der vorliegenden Erfindung, dass alle für die Nutzung von Flüssigkeiten beschriebenen Vorgänge gleichbedeutend mit Gasen gelten und auch eine Kombination flüssiger und gasförmiger Substanzen mit diesem fluidischen System möglich ist, beispielsweise die gezielte Zuführung von Gasen in Flüssigkeiten.
Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 13 dargestellt. Hier verfügt das strukturierte Bauteil 1 über einen flexiblen Bereich 7 unterhalb der Kammer 2, der entweder über das Aufbringen eines weiteren Bauteils in das strukturierte Bauteil 1 realisiert wird oder direkt über die Materialeigenschaft des strukturierten Bauteils 1 selbst oder durch die Fertigung aus mehr als einem Material z.B. durch Mehrkomponentenspritzguss umgesetzt wird.
Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 14a und 14b als Draufsicht bzw. als Schnittansicht dargestellt, wobei an einer definierten Position über oder unter der Kammer 2 bzw. dem Kanalsystem 3 eine Vergrößerungsfunktion 42 in das strukturierte Bauteil 1 eingebracht ist, die z.B. in Form Linse ausgebildet ist, um das Erreichen bestimmter Positionen im Kanalsystem 3 durch die Flüssigkeit besser verfolgen zu können und auch Farbreaktionen als Indikatorreaktionen besser ablesen zu können.
Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 15a bis 15c gezeigt, wobei längere Kanalelemente als Flussbegrenzer 43 in den Fluidverlauf im Kanalsystem 3 eingebracht sind, um eine kontrollierte Flüssigkeitsaufnahme und -abgäbe zu ermöglichen. Die Flussbegrenzer sind meanderförmig ausgebildet und/oder als Kanalverjüngung ausgebildet sein, um den Fluss eine Fluids zu kontrollieren und/oder die Geschwindigkeit zu begrenzen
Wie in Fig. 6a bis 7b und Fig. 9a und 15c gezeigt, kann gemäß aller Ausführungsformen die Kammer 2 mit mehreren Kanälen bzw. Kanalsystemen 3 verbunden sein, die jeweils in mindestens einer fluidischen Schnittstelle 5 münden. Das fluidische System kann also mehrere fluidische Schnittstellen 5 aufweisen und die Kammer 2 kann mehrere davon abgehende Kanäle bzw. Kanalsysteme 3 aufweisen. Fig. 16 zeigt eine Ausführungsform des Chips in einer Ansicht von oben. Es ist die strukturierte Komponente 1 mit einer Kammer 2 und dem Kanalsystem 3 dargestellt. Das Kanalsystem 3 verbindet den Eingang 5.1. mit der Kammer 2 und verbindet die Kammer mit dem Ausgang 5.2.
In der Kanalsystem 3 ist ein Flussbegrenzer 43 integriert, der meanderförmig ausgebildet ist und/oder Kanal Verjüngungen enthalten kann, mit den die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids gesteuert bzw. reduziert werden kann. An das Kanalsystem 3 ist eine Reservoirschnittstelle 17, mit einem Flüssigkeitsreservoir 16 angeschlossen.
Der Eingang und Ausgang kann mit einer Kappe 14 verschlossen werden, die mittels einer Lasche 44 am Chip befestigt ist. bevorzugt ist nur eine Kappe 14 vorgesehen, die wechselseitig auf den Eingang oder Ausgang gesteckt werden kann, um somit den Chip selektiv in die Lage zu versetzen Fluide aufzunehmen, wenn der Eingang offen, also ohne Kappe 14, ist und der Ausgang 5.2. mit der Kappe 14 verschlossen ist. Somit lässt sich ein notwendiger Unterdruck aufbauen, um ein Fluid über die fluidische Schnittstelle 5.1 (Eingang) aufzunehmen. Nach der Aufnahme und entsprechender Analyse im Chip soll das Fluid wider abgegeben werden. Dazu wird dann die Kappe 14 auf den Eingang gesteckt und dieser fluiddicht verschlossen. Dann kann das Fluid über den Ausgang 5.2. abgegeben werden. Somit lässt sich über die Kappe 14 eine Schaltung zwischen zwei Funktionen des Chips ermöglichen.
In einer weiteren Ausgestaltung ist es möglich, mehrere Kappen 14 am Chip zu befestigen, um bspw. einen Transport des Chips oder eine Lagerung dessen zu ermöglichen, wobei entweder das Innere des Chips vor Verschmutzungen geschützt wird und/oder eine Auslaufen von im Inneren vorhandenen Fluiden verhindert wird.
Es folgt eine Liste mit Beispielen:
1. Fluidisches System umfassend eine strukturierte Komponente (1) mit einer Kammer (2) und einem Kanalsystem (3),
wobei wenigstens die Kammer (2) mit einem Bauteil (4) fluiddicht verschlossen ist und über das Kanalsystem (3) und eine fluidische Schnittstelle (5) mit der Außenwelt fluidisch verbunden ist,
wobei das Bauteil (4) einen flexiblen oder beweglichen Bereich (6) aufweist, der wenigstens in einen Bereich der Kammer (2) oder über eine Ebene der Kammer (2) hinaus bewegt werden kann, wobei durch eine Bewegung des flexiblen oder beweglichen Bereichs (6) Flüssigkeiten oder Gase durch die fluidische Schnittstelle (5) aufgenommen oder abgegeben bzw. im fluidischen System bewegt werden können,
wobei der flexible oder bewegliche Bereich (6) händisch oder mit einem Betriebsgerät bewegbar ist und ein Eindrücken oder Hochbewegen des flexiblen oder beweglichen Bereichs (6) möglich ist. 2. Fluidisches System, umfassend:
eine strukturierte Komponente (1) mit einer Kammer (2) und einem Kanalsystem (3), wobei die Kammer (2) und das Kanalsystem (3) mit einem Bauteil (4) fluiddicht verschlossen sind,
wobei die Kammer (2) über das Kanalsystem (3) und die fluidische Schnittstelle (5) mit der Außenwelt fluidisch verbunden ist,
wobei die strukturierte Komponente (1) einen flexiblen oder beweglichen Bereich (6) aufweist, der Seitenwände der Kammer (2) bildet.
3. Fluidisches System, umfassend:
eine strukturierte Komponente (1) mit einer Kammer (2) und einem Kanalsystem (3) ein Bauteil (4), das die Kammer (2) und das Kanalsystem (3) fluiddicht verschließt, wobei die Kammer (2) über das Kanalsystem (3) und eine fluidische Schnittstelle (5) mit der Außenwelt verbunden ist, und
wobei die strukturierte Komponente (1) derart ausgeführt ist, dass ein Boden der Kammer (7) flexibel ausgestaltet ist und eindrückbar ist.
4. Fluidisches System nach einem der Beispiele 1 bis 3, wobei die Kammer (2) über ein weiteres Kanalsystem (3) mit einer weiteren fluidischen Schnittstelle (5) verbunden ist und wenigstens eine der fluidischen Schnittstellen (5) mit einer Kappe (14) verschließbar ist.
5. Fluidisches System nach einem der Beispiele 1 bis 4, weiter enthaltend eine Entlüftungsvorrichtung für die Kammer (2), wobei die Entlüftungsvorrichtung so angeordnet ist, dass eine Entlüftung über einen zusätzlichen mit der Außenwelt in Verbindung stehenden Kanal (25) oder eine gasdurchlässige Membran (24) erfolgen kann.
6. Fluidisches System nach einem der Beispiele 1 bis 5, weiter enthaltend einen Einlasskanal, der eine passive Stopfunktion aufweist und entweder über Kapillarwirkung oder durch eine durch die flexiblen oder beweglichen Bauteile herbeigeführte Veränderung des Kammervolumens befüllt wird und eine definierte Menge Flüssigkeit aufnimmt.
7. Fluidisches System nach einem der Beispiele 1 bis 6, weiter enthaltend ein zusätzliches Reagenzienreservoir (16).
8. Fluidisches System nach Beispiel 7, wobei das zusätzliche Reagenzienreservoir als Blis- ter (16) ausgestaltet ist, wobei das Reagenzienreservoir (16) umfasst:
einen Blistersitz (17), der spitze Elemente (18) aufweist, die ausgebildet sind, um den darüber sitzenden flüssigkeitsdicht verbundenen Blister (16) zu durchstoßen, eine Klappe (19), die über Führungselemente (20) im Blistersitz (17) definiert eindrückbar ist, womit eine definierte Volumendosierung möglich ist.
9. Fluidisches System nach einem der Beispiele 1 bis 8, wobei ein zur Kammer (2) führender Kanal (3) Aufweitungen (22) aufweist.
10. Fluidisches System nach einem der Beispiele 1 bis 9, das eine Kavität (21) zur optischen Auslese und/oder Reaktion aufweist, die vorzugsweise verschiedene Tiefen aufweist.
1 1. Fluidisches System nach einem der Beispiele 1 bis 10, das einen Lateral Flow Streifen (23) aufweist, dessen Befüllung durch einen Betrieb der Kammer ermöglicht wird, wobei eine Entlüftungsmembran (24) und/oder ein Entlüftungskanal (25) mit dem Lateral Flow Streifen (23) gekoppelt ist.
12. Fluidisches System nach einem der Beispiele 1 bis 1 1 , mit mindestens zwei Kammern (2), wobei die mindestens zwei Kammern (2) über ein Kanalsystem (3) direkt miteinander verbunden sind.
13. Fluidisches System nach einem der Beispiele 1 bis 12, das Aufsätze (1 1, 12, 13) auf dem flexiblen oder beweglichen Bauteil (6) aufweist, die sich entweder außerhalb der Kammer (2) befinden oder in die Kammer (2) hineinreichen.
14. Fluidisches System nach einem der Beispiele 1 bis 13, wobei Kammer (2) über vorgelegte Reagenzien aufweist.
15. Fluidisches System nach einem der Beispiele 1 bis 14, ferner aufweisend in die Kammer (2) eingebrachte bewegliche Elemente zum Mischen.
16. Fluidisches System nach einem der Beispiele 1 bis 15, bei denen ein Mischen von Fluiden innerhalb der Kammer (2) durch händisches Bewegen des fluidischen Systems erfolgt und/oder durch eine Mischvorrichtung erfolgt.
17. Fluidisches System nach einem der Beispiele 1 bis 16, wobei das Kanalsystem (3) Justiermarken aufweist oder neben, unter oder über dem Kanalsystem (3) Justiermarken angebracht sind, die eine Volumenangabe ermöglichen.
18. Fluidisches System nach einem der Beispiele 1 bis 17, mit denen eine mehrfache Flüssigkeitsaufnahme bzw. -abgäbe erfolgt. 19. Fluidisches System nach einem der Beispiele 1 bis 18, mit fluidischen Schnittstellen (5), die in verschiedene Richtungen zeigen, an verschiedenen Seiten des fluidischen Systems angeordnet sind oder in einem vorbestimmten Winkel vom fluidischen System abgehen.
20. Fluidische System nach einem der Beispiele 1 bis 19, bei dem eine Aufnahme bzw. Abgabe von Fluiden über Drehventile (28) steuerbar ist.
21. Fluidisches System nach einem der Beispiele 1 bis 20, bei dem die Aufnahme bzw. Abgabe von Fluiden über Membranventile (27) steuerbar ist.
22. Fluidisches System nach einem der Beispiele 6 bis 21, wobei die passive Stoppfunktion als ein Kapillarstoppventil, eine Kanalverjüngung oder eine Oberflächenmodifizierung ausgebildet ist.
23. Fluidisches System nach einem der Beispiele 7 bis 22, wobei das Reagenzienreservoir (16) als Blister ausgebildet ist.
24. Fluidisches System nach einem der Beispiele 8 bis 23, wobei die Führungselemente (20) eine mehrstufige Volumendosierung ermöglichen.
25. Fluidisches System nach einem der Beispiele 8 bis 24, wobei ein flüssigkeitsdichter Verschluss der fluidischen Schnittstelle (5) für die Flüssigkeitsaufnahme als Kappe (14) ausgestaltet ist.
26. Fluidisches System nach einem der Beispiele 4 bis 25, wobei die Kappe (14) einen flexiblen Bereich aufweist, der ausgebildet ist, um nach dem Aufsetzen eingedrückt oder herausgezogen zu werden, um dadurch die im Kanalsystem (3) befindliche Flüssigkeit zu bewegen.
27. Fluidisches System nach einem der Beispiele 5 bis 26, wobei und die Entlüftungsvorrichtung verschließbar ist.
28. Fluidisches System nach einem der Beispiele 12 bis 27, wobei die mindestens zwei Kammern (2) in einer oder mehreren Ebenen angeordnet sind.
29. Fluidisches System nach einem der Beispiele 15 bis 28, wobei die beweglichen Elemente als Kugeln oder Stäbe ausgebildet sind. 30. Fluidisches System nach einem der Beispiele 15 bis 29, wobei ferner Strukturelemente in der strukturierten Komponente (1) ausgebildet sind, um das Mischen zu verstärken.
31. Fluidisches System nach einem der Beispiele 1 bis 30, wobei die fluidische Schnittstelle (5) ferner einen Auslass (10) aufweist, wobei mittels einer Geometrie des Auslasses (10) das Volumen eines abgegebenen Flüssigkeitstropfens voreingestellt ist.
32. Fluidisches System nach einem der Beispiele 1 bis 31, ferner aufweisend eine Kappe (14), wobei die Kappe (14) auf die fluidische Schnittstelle (5) fluiddicht aufgesetzt ist.
33. Fluidisches System nach einem der Beispiele 1 bis 32, ferner aufweisend mehrere fluidische Schnittstellen (5), die mit einem Verteilersystem (26) verbunden sind, wobei die mehreren fluidischen Schnittstellen (5) gezielt angesteuert werden können.
34. Fluidisches System nach einem der Beispiele 1 bis 33, wobei eine selbstständige Flüssigkeitsaufnahme in das fluidische System mittels Kapillarkräfte des Kanalsystems (3) an der fluidischen Schnittstelle (5) erfolgt.
Bezugszeichenliste:
1 strukturiertes Bauteil/strukturierte Komponente
2 Kammer
3 Kanal system/Kanal
4 Bauteil
5 fluidische Schnittstelle
5.1 Eingang
5.2 Ausgang
6 flexibler oder beweglicher Bereich (am Bauteil 4)
7 flexibler oder beweglicher Bereich (am strukturierten Bauteil 1)
8 zweites Bauteil
9 flexibler oder beweglicher Bereich (am zweiten Bauteil 8)
10 Auslass (der fluidischen Schnittstelle 5)
11, 12, 13 Druckelemente, geometrische Elemente, Aufsätze
14 Kappe
16 Flüssigkeitsreservoir
17 Sitz/Reservoirschnittstelle
18 Durchstechelemente
19 Klappe
20 Rastnasen
21 Detektionskammer
22 Aufweitungen
24 Membrane
25 Entlüftungskanäle
26 Verteil er System
27 Membranventil
28 Drehventil
28a Drehventilsitz
28b Drehventilkörper
29 Verteilerkanal
41 Kapillarstroppventile/Kanal Verjüngungen
42 Vergrößerungsvorrichtung
43 Flussbegrenzer
44 Lasche

Claims

Patentansprüche
1. Fluidisches System umfassend:
eine flächig ausgebildete strukturierte Komponente (1) mit einer Kammer (2) und einem Kanalsystem (3),
wobei wenigstens die Kammer (2) mit einem Bauteil (4) fluiddicht verschlossen ist, wobei die Kammer (2) über das Kanalsystem (3) und mindestens eine fluidische Schnittstelle (5) mit der Außenwelt fluidisch verbunden ist,
wobei das Bauteil (4) und/oder die strukturierte Komponente (1) einen flexiblen oder beweglichen Bereich (6), der wenigstens teilweise an die Kammer (2) angrenzt, aufweist, wobei der flexible oder bewegliche Bereich (6) ausgebildet ist, händisch oder mit einer Betriebsvorrichtung in die Kammer (2) hineingedrückt oder aus der Kammer (2) herausbewegt zu werden , sodass Flüssigkeiten oder Gase über die mindestens eine fluidische
Schnittstelle (5) aufgenommen oder abgegeben bzw. im fluidischen System bewegt werden.
2. Fluidisches System gemäß Anspruch 1, wobei der flexible oder bewegliche Bereich (6) an wenigstens einer Seitenwand der Kammer (2) innerhalb der strukturierten Komponente (1) ausgebildet ist.
3. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Kammer (2) über ein weiteres Kanalsystem (3) mit einer weiteren fluidischen Schnittstelle (5) verbunden ist und wenigstens eine der fluidischen Schnittstellen (5) mit einer Kappe (14) verschließbar ist.
4. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter enthaltend eine Entlüftungsvorrichtung für die Kammer (2), wobei die Entlüftungsvorrichtung so angeordnet ist, dass eine Entlüftung über einen zusätzlichen mit der Außenwelt in Verbindung stehenden Kanal (25) oder eine gasdurchlässige Membran (24) erfolgen kann.
5. Fluidisches System nach einem der Beispiele 1 bis 5, weiter enthaltend einen Einlasskanal, der eine passive Stopfunktion aufweist und entweder über Kapillarwirkung oder durch eine durch die flexiblen oder beweglichen Bauteile herbeigeführte Veränderung des Kammervolumens befüllt wird und eine definierte Menge Flüssigkeit aufnimmt.
6. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter enthaltend ein zusätzliches Reagenzienreservoir (16).
7. Fluidisches System nach Anspruch 6,
wobei das zusätzliche Reagenzienreservoir als Blister (16) ausgestaltet ist,
wobei das Reagenzienreservoir umfasst: einen Blistersitz (17), der spitze Elemente (18) aufweist, die ausgebildet sind, um den darüber sitzenden flüssigkeitsdicht verbundenen Blister (16) zu durchstoßen,
eine Klappe (19), die über Führungselemente (20) im Blistersitz (17) definiert eindrückbar ist, womit eine definierte Volumendosierung möglich ist.
8. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein zur Kammer (2) führender Kanal (3) Aufweitungen (22) aufweist.
9. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das eine Kavität (21) zur optischen Auslese und/oder Reaktion aufweist, die vorzugsweise verschiedene Tiefen aufweist.
10. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das einen Lateral Flow Streifen (23) aufweist, dessen Befüllung durch einen Betrieb der Kammer ermöglicht wird, wobei eine Entlüftungsmembran (24) und/oder ein Entlüftungskanal (25) mit dem Lateral Flow Streifen (23) gekoppelt ist.
1 1. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit mindestens zwei Kammern (2), wobei die mindestens zwei Kammern (2) über ein Kanalsystem (3) direkt miteinander verbunden sind.
12. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1, das Aufsätze (1 1, 12, 13) auf dem flexiblen oder beweglichen Bauteil (6) aufweist, die sich entweder außerhalb der Kammer (2) befinden oder in die Kammer (2) hineinreichen.
13. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Kammer (2) über vorgelegte Reagenzien verfügt.
14. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, ferner aufweisend:
in die Kammer (4) eingebrachte bewegliche Elemente zum Mischen.
15. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei denen ein Mischen von Fluiden innerhalb der Kammer (2) durch händisches Bewegen des fluidischen Systems erfolgt und/oder durch einen Mischvorrichtung erfolgt.
16. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Kanalsystem (3) Justiermarken aufweist oder neben, unter oder über dem Kanalsystem (3) Justiermarken angebracht sind, die eine Volumenangabe ermöglichen.
17. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 16, mit denen eine mehrfache Flüssigkeitsaufnahme bzw. -abgäbe erfolgt.
18. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 17, mit fluidischen Schnittstellen (5), die in verschiedene Richtungen zeigen oder in einem vorbestimmten Winkel vom fluidischen System abgehen.
19. Fluidische System nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei dem eine Aufnahme bzw. Abgabe von Fluiden über Drehventile (28) steuerbar ist.
20. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem die Aufnahme bzw. Abgabe von Fluiden über Membranventile (27) steuerbar ist.
21. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 5 bis 20, wobei die passive Stoppfunktion als ein Kapillarstoppventil, eine Kanalverjüngung oder eine Oberflächenmodifizierung ausgebildet ist.
23. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 6 bis 21, wobei das Reagenzienreservoir (16) als Blister ausgebildet ist.
23. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 7 bis 22, wobei eine spezielle Ausführung der Führungselemente (20) eine mehrstufige Volumendosierung ermöglicht.
24. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 7 bis 23, wobei ein flüssigkeitsdichter Verschluss der fluidischen Schnittstelle (5) für die Flüssigkeitsaufnahme als Kappe (14) ausgestaltet ist.
25. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 3 bis 24, wobei die Kappe (14) einen flexiblen Bereich aufweist, der ausgebildet ist, um nach dem Aufsetzen eingedrückt oder herausgezogen zu werden, um dadurch die im Kanalsystem (3) befindliche Flüssigkeit zu bewegen.
26. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 4 bis 25, wobei und die Entlüftungsvorrichtung verschließbar ist.
27. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 1 bis 26, wobei die mindestens zwei Kammern (2) in einer oder mehreren Ebenen angeordnet sind.
28. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 14 bis 27, wobei die beweglichen Elemente als Kugeln oder Stäbe ausgebildet sind.
29. Fluidisches System nach einem der Beispiele 14 bis 28, wobei ferner Strukturelemente in der strukturierten Komponente (1) ausgebildet sind, um das Mischen zu verstärken.
30. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 29, wobei die fluidische Schnittstelle (5) ferner einen Auslass (10) aufweist, wobei mittels einer Geometrie des Auslasses (10) das Volumen eines abgegebenen Flüssigkeitstropfens voreingestellt ist.
31. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 30, ferner aufweisend eine Kappe (14), wobei die Kappe (14) auf die fluidische Schnittstelle (5) fluiddicht aufgesetzt ist.
32. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 30, wobei eine fluidische Schnittstelle (5) als Eingang (5.1) und eine fluidische Schnittstelle (5) Ausgang (5.2) des fluidischen Systems ausgebildet ist, und der Eingang und Ausgang auf einer Seite des System angeordnet sind, wobei eine Kappe (14) am fluidischen System, vorzugsweise an der strukturierten Komponente (1), befestigt ist, die entweder auf den Eingang (5.1) oder Ausgang (5.2) aufsteckbar ist, um somit ein Aufnehmen einer Flüssigkeit am Eingang (5.1) oder ein Abgeben von Flüssigkeit am Ausgang (5.2) zu ermöglichen.
33. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 32, ferner aufweisend mehrere fluidische Schnittstellen (5), die mit einem Verteilersystem (26) verbunden sind, wobei die mehreren fluidischen Schnittstellen (5) gezielt angesteuert werden können.
34. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 33, wobei eine selbstständige Flüssigkeitsaufnahme in das fluidische System mittels Kapillarkräfte des Kanalsystems (3) an der fluidischen Schnittstelle (5) erfolgt.
35. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 34, ferner aufweisend eine Reservoirschnittstelle (17), mittels der ein Flüssigkeitsreservoir (16) mit der strukturierten Komponente (1) verbindbar ist.
36. Fluidisches System nach Anspruch 35, wobei die Reservoirschnittstelle (17) mit dem Kanalsystem (3) und/oder mit der Kammer (2) fluidisch verbunden ist.
37. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 36, wobei das Kanalsystem (3) Ventile aufweist, wodurch die Aufnahme definierter Flüssigkeitsvolumina ermöglicht wird.
38. Fluidisches System nach Anspruch 37, wobei die Ventilfunktion durch eine Oberflächen- funktionalisierung erzeugt bzw. verstärkt wird.
39. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 38, wobei Trockenreagenzien in das Kanalsystem (3) der strukturierten Komponente (1) eingebracht sind, wobei die Trockenreagenzien durch die durchströmenden Fluide aufgenommen und mit diesen gemischt werden.
40. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 39, wobei ein Reagenz an einer definierten Position im oder am Kanalsystem (3) vorgelegt ist und hinüberströmende Flüssigkeit färbt, sodass das Erreichen der Position und damit das Erreichen eines bestimmten Volumens oder einer definierten Verweilzeit angegeben wird.
41. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 40, wobei an wenigstens einer definierten Position über oder unter dem Kanalsystem (3) oder der Kammer (2) eine Vergrößerungsvorrichtung angeordnet ist, sodass ein Erreichen wenigstens einer bestimmter Position im Kanalsystem (3) durch Flüssigkeit und/oder Farbreaktionen erkennbar ist.
42. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 41, wobei die Vergrößerungsvorrichtung als Linse ausgebildet ist.
43. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 42, wobei längere Kanalelemente als Flussbegrenzer (43) in den Fluidverlauf des Kanalsystems (3) eingebracht sind, um eine kontrollierte Flüssigkeitsaufnahme und -abgäbe zu ermöglichen.
44. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 7 bis 43, wobei mittels der Klappe (19) ein definiertes Ausdrücken definierter Volumina ermöglicht ist.
45. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 44, wobei mittels geometrischer Elemente oder Aufsätze (11, 12, 13) ein definiertes Bewegen des flexiblen Bereiches (6, 7, 9) ermöglicht ist.
46. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 45, wobei die Klappe (19) und die als Druckelemente ausgebildeten geometrischer Elemente oder Aufsätze (11, 12) auf dem flexiblen oder beweglichen Bereich (6, 7, 9) miteinander verbunden, kombiniert bzw. gekoppelt sind.
47. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 46, wobei ein mehrere Kanäle umfassendes Verteilersystem (26), das in eine entsprechende Anzahl von fluidischen Schnittstellen (5) mündet die gleichzeitige Aufnahme und Abgabe von Flüssigkeiten ermöglicht.
48. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 47, wobei eine Gleichverteilung von Flüssigkeiten in dem Verteilersystem (26) durch integrierte passive Ventile (41) unterstützt wird.
49. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 48, wobei Ventile (27, 28) eine gezielte Flüssigkeitsabgabe aus einzelnen fluidischen Schnittstellen (5) ermöglichen.
50. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 49, die Flüssigkeitsaufnahme durch die fluidische Schnittstelle (5) passiv ohne Bewegung des flexiblen oder beweglichen Bereichs (6, 7, 9) erfolgt.
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