WO2023011817A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von lab-on-chip-kartuschen - Google Patents

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WO2023011817A1
WO2023011817A1 PCT/EP2022/068254 EP2022068254W WO2023011817A1 WO 2023011817 A1 WO2023011817 A1 WO 2023011817A1 EP 2022068254 W EP2022068254 W EP 2022068254W WO 2023011817 A1 WO2023011817 A1 WO 2023011817A1
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wire
lab
cartridge
web
chip
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PCT/EP2022/068254
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Inventor
Julian Kassel
Marcus LIEBLER
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502707—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the manufacture of the container or its components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D3/00—Cutting work characterised by the nature of the cut made; Apparatus therefor
    • B26D3/006—Cutting work characterised by the nature of the cut made; Apparatus therefor specially adapted for cutting blocs of plastic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26F—PERFORATING; PUNCHING; CUTTING-OUT; STAMPING-OUT; SEVERING BY MEANS OTHER THAN CUTTING
    • B26F3/00—Severing by means other than cutting; Apparatus therefor
    • B26F3/06—Severing by using heat
    • B26F3/08—Severing by using heat with heated members
    • B26F3/12—Severing by using heat with heated members with heated wires
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0816—Cards, e.g. flat sample carriers usually with flow in two horizontal directions

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing lab-on-chip cartridges. Furthermore, the present invention relates to a device for severing parts of lab-on-chip cartridges, in particular a web between two lab-on-chip cartridges, by means of which a step of the method can be carried out.
  • Microfluidic devices also known as lab-on-chip, can be used to process small amounts of biological samples.
  • Lab-on-chip cartridges are replaceable components of such microfluidic devices. They are usually designed as single-use products in which, for example, reagents for use in the microfluidic device are presented. Lab-on-chip cartridges are often manufactured individually.
  • WO 2009/043614 A2 describes a method for producing microfluidic components. Several microfluidic components are produced together in a batch process and then subdivided into the individual microfluidic components. This can be done by mechanical cutting or sawing. Disclosure of Invention
  • the invention relates to a method for producing at least one lab-on-a-chip cartridge, a first part of the cartridge being separated from a second part with a heated wire.
  • the wire can preferably be heated at least in a section of the wire.
  • the first and second parts can in particular be parts of the cartridges which comprise plastic.
  • Microfluidic cartridges can comprise several layers as a layered structure, for example a fluidic layer, separated from a pneumatic layer by an elastic membrane, the pneumatic layer serving to pneumatically control the membrane for the movement of fluids in the fluidic layer.
  • the first part and/or the second part can preferably comprise one or more plies or layers of a cartridge or of a cartridge in each case.
  • the first part and the second part can be, for example, two pneumatic layers or fluidic layers, which are provided for two separate cartridges and are optionally connected via a web.
  • one or both parts may be multiple plies or layers of the cartridge.
  • one of the two parts can be a waste part that is disposed of after cutting, or an insert part or cover part that is inserted or placed on the cartridge, in particular in the other part, after cutting.
  • the method for producing lab-on-chip cartridges it is provided to produce two lab-on-chip cartridges which are connected to one another via a web.
  • This web can act as a specified separation point between the two lab-on-chip cartridges.
  • the web is severed by being severed by means of a wire.
  • the wire is here heated at least in sections.
  • the first part is a part of the first cartridge and the second part is a part of the second cartridge, the first part and the second part being connected via the web are connected.
  • the first part is the first cartridge and the second part is the second cartridge, with the first cartridge and the second cartridge being connected via the web.
  • the web can be severed during the manufacture of the two cartridges, or in another embodiment of the method after manufacture of the cartridges.
  • more than two cartridges can also be produced together and connected to one another via webs until they are severed.
  • Using the wire has numerous advantages over other separation processes that would be suitable for separating lab-on-chip cartridges manufactured in a batch process, such as the use of a laser, water jet cutting, sawing, punching or breaking. Long cycle times in production, which would occur with other cutting processes due to slower feeds, can thus be avoided. Chips that occur, for example, when sawing or water residues that occur when water jet cutting and which could damage a lab-on-chip cartridge that is sensitive to moisture or dirt are also avoided.
  • the wire there are no sharp edges at the cutting point, which means there is no risk of injury to the user. It is also not necessary to apply a great deal of force to the lab-on-chip cartridge or the parts. Since different materials are installed in a lab-on-chip cartridge, which, for example, have different elasticities and different material thicknesses, such a force could lead to mechanical stresses and the formation of cracks. In particular, delamination could occur.
  • the method unlike punching or breaking, does not have to be designed for the geometry of the separation.
  • the process can be quickly adapted to a different geometry of lab-on-chip cartridges. If changes are made to the lab-on-chip cartridges to be produced, for example by using other materials or changing a layer structure within the lab-on-chip cartridges, this must be done no modification is made to the device used to cut the bar. Instead, an adjustment of the travel distance is sufficient.
  • Parts of the two lab-on-chip cartridges can be produced, in particular, by injection molding. In the process, these parts can each be manufactured in a single injection molding cycle in a common mold and then laminated with other components of the lab-on-chip cartridges.
  • the web preferably has a thickness in the range from 2 mm to 5 mm. This means that it is thick enough to prevent the two lab-on-chip cartridges from breaking apart unintentionally during manufacture, but at the same time it is thin enough to be easily cut through with the wire.
  • the wire is preferably heated to a temperature in the range of 200°C to 300°C in the process.
  • this temperature is high enough to sufficiently soften all the materials usually installed in a lab-on-chip cartridge so that they can be easily severed with the wire, and on the other hand it is low enough to prevent the materials from melting too much which can become detached from the lab-on-chip cartridges in large quantities, or which could even damage components arranged deep in the lab-on-chip cartridges, for example by deforming channels in the lab-on chip cartridge.
  • the device for severing parts of lab-on-chip cartridges, in particular by severing a web between two lab-on-chip cartridges, which can be used in particular for carrying out the method described above, has a wire which is set up to cut through the parts, in particular the bridge. Furthermore, it has a heating device that is set up to heat the wire. As stated above, one or both parts may preferably comprise one or more plies or layers of a cartridge or each of a cartridge.
  • the device preferably comprises a scraper in order to advantageously remove melted material from the wire which has been carried along by the wire.
  • the stripper is preferably arranged directly on the wire, with the wire either touching the stripper without entrained material or, in an alternative embodiment, not touching it.
  • the alternative configuration has the advantage that the smallest possible gap can be provided between the wire and the stripper, so that the wire does not wear down the stripper, but material carried along on the wire is removed as completely as possible by the stripper.
  • the heating device is preferably designed as an electrical voltage source which is set up to apply an electrical voltage to the wire. An electrical current flowing through the wire causes the wire to heat up due to its electrical resistance.
  • the wire preferably consists of a metal, for example comprising stainless steel.
  • Metals have good thermal conductivity, which makes it easier to heat the wire.
  • electrical conductivity which is advantageous if the heating device is designed as an electrical voltage source.
  • the wire is set up to be moved along its longitudinal axis. This axial movement of the wire enables an even heat input into the web, so that an undesired strong melting of the materials of the lab-on-chip cartridges can be avoided.
  • the axial mobility of the wire is realized by clamping the wire in a clamping device that can be moved along the longitudinal axis of the wire.
  • a clamping device that can be moved along the longitudinal axis of the wire.
  • the axial mobility of the wire is realized by tensioning the wire between two coils. The wire is configured to be unwound from the first spool and wound onto the second spool. This embodiment has the advantage that only the wire itself and no clamping device connected to it has to be moved axially, which is possible with little effort.
  • the wire is able to move axially by being guided between a plurality of deflection rollers in a preferably closed path.
  • the preferred closed stretch is preferably essentially polygonal, in particular essentially rectangular.
  • the invention relates to an intermediate cartridge product, comprising a first part and a second part, wherein the first part and the second part are connected to one another via a connection that can be severed with a heated wire.
  • the first part can in particular be part of a first cartridge and the second part can in particular be part of a second cartridge as described above.
  • the first part can be a first cartridge and the second part can be a second cartridge, with the two cartridges being connected to one another.
  • the connection can be designed, for example, as a web between the two parts or cartridges.
  • connection that can be severed with a heated wire is to be understood in particular as a connection, in particular comprising plastic, which can be severed with a wire, the wire being heated at least in places above room temperature, in particular to a temperature in the range from 200° C. to 300° C °C Brief description of the drawings
  • FIG. 1 shows a schematic side view of two lab-on-chip cartridges that can be separated in a method according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of a lab-on-chip cartridge that can be produced in an exemplary embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a device according to an exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a device according to another exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a device according to yet another embodiment of the invention.
  • 1 shows two lab-on-chip cartridges 10a, 10b, which are connected to one another via a web 20 that is 3.5 mm thick, for example. They can be manufactured together in a batch process. After cutting through the web 20, two individualized lab-on-chip cartridges 10a, 10b are obtained. Alternatively, it can also be parts 10a, 10b for lab-on-chip cartridges, in particular a first part 10a for a first cartridge and a second part 10b for a second cartridge. 1 thus also shows an exemplary embodiment of the intermediate cartridge product according to the invention.
  • the lab-on-chip Cartridge 10a in the present exemplary embodiment consists of a first part 11a, which was produced from polycarbonate in an injection molding process and which can be the fluidic layer, then from a film 12a made from thermoplastic polyurethane (TPU), then from a second part 13a, the polycarbonate was manufactured in an injection molding process and which can be the pneumatic layer, and finally optionally a seal film 14a made of polycarbonate (PC) for sealing. All components of the lab-on-chip cartridge 10a are therefore made of thermoplastics that can be cut using a hot wire.
  • the devices according to the three exemplary embodiments of the invention described below are suitable for this:
  • a wire 30 is stretched between two clamping elements 41, 42 of a clamping device 40, whereby the clamping elements can be, for example, as indicated in Fig. 3, two solid bodies 41, 42 made of plastic and/or metal, into which one end of the Wire 30 is embedded.
  • the wire 30 preferably comprises metal for heating via electricity, in particular stainless steel for simultaneous mechanical stability.
  • the wire has a thickness of between 50 micrometers and 2 millimeters, preferably between 0.2 and 0.6 millimeters, with a greater thickness resulting in greater mechanical stability, but because of the additional material more energy is required for heating.
  • An electrical voltage source 50 is connected to two electrical contact elements 51, 52, which are arranged close to the tensioning elements 41, 42 on the wire 30, respectively.
  • the clamping device 40 can be moved in the direction R along the longitudinal axis of the wire 30 .
  • the wire 30 is heated by applying an electrical voltage.
  • the clamping device 40 is moved in the direction R and the wire 30 is thereby moved over the web 20 of the two interconnected lab-on-chip cartridges 10a, 10b or parts 10a, 10b. In doing so, it cuts through the web 20, with an area of the wire 30 that has cooled down as a result of contact with the web 20 being immediately replaced by an area that is still hot due to its axial movement.
  • the wire 30 is tensioned between a first coil 61 and a second coil 62.
  • a voltage source 50 is connected to two sliding contacts 53, 54 which rest on the wire 30 close to the first coil 61 and the second coil 62, respectively.
  • a stripper 31 is arranged on the wire 30 on the side of the sliding contact 54 arranged on this coil 62 which is remote from the second coil 62 .
  • the stripper 3 can also preferably include a scraper 31 in order to advantageously remove melted material carried along by the wire 30 .
  • the stripper may, at least in part, be in the form of a wedge to sweep the material away from the wire along the inclined plane of the wedge.
  • the scraper can also comprise two parts, which for example can have the same geometric shape and/or preferably can be arranged on different or opposite sides of the wire in order to remove material from different sides of the wire.
  • FIG. 1 A third exemplary embodiment of the device according to the invention is shown in FIG.
  • An endless wire 30 is stretched between four deflection rollers 71, 72, 73, 74 essentially to form a rectangle.
  • the wire 30 can be moved along the direction R shown.
  • the section of the wire between the first two deflection rollers 71, 72 is used to cut through the web 20 between two lab-on-chip cartridges 10a, 10b or parts 10a, 10b for lab-on-chip cartridges provided.
  • a voltage source 50 is connected to two sliding contacts 53, 54, which contact the wire 30 near the first two deflection rollers 71, 72.
  • a stripper 31 is preferably arranged on the side of its sliding contact 54 facing away from the second deflection roller 72 .
  • the wire 30 is heated between the first two deflection rollers 71, 72 while an electrical voltage is applied. It is moved in the direction R and guided by the web 20 at the same time. As a result, a heated area of the wire 30 is fed continuously to the web 20 . Plastic residues that are taken along by the wire 30 are scraped off at the scraper 31 before they come into contact with the sliding contact 54 that follows behind it.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung mindestens einer Lab-on-a-Chip-Kartusche, wobei ein erster Teil (10a) der Kartusche von einem zweiten Teil (10b) mit einem erhitzten Draht (30) abgetrennt wird. In besonderer Ausgestaltung umfasst das Verfahren ein Herstellen von zumindest zwei Lab-on-Chip-Kartuschen (10a, 10b), die über einen Steg (20) miteinander verbunden sind, und ein Durchtrennen des Stegs (30), indem dieser mittels eines Drahtes (30) durchtrennt wird, wobei der Draht (30) erhitzt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchtrennen von Teilen von Lab-on-Chip-Kartuschen (10a, 10b), insbesondere eines Stegs (20) zwischen zwei Lab-on-Chip-Kartuschen (10a, 10b), aufweisend einen Draht (30), der eingerichtet ist, um die Teile (10a, 10b), insbesondere den Steg (20) zu durchtrennen und aufweisend eine Heizeinrichtung, die eingerichtet ist, um den Draht (30) zu erhitzen.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Lab-on-Chip-Kartuschen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Lab-on-Chip- Kartuschen. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Durchtrennen von Teilen von Lab-on-Chip-Kartuschen, insbesondere eines Stegs zwischen zwei Lab-on-Chip-Kartuschen, mittels welcher ein Schritt des Verfahrens durchgeführt werden kann.
Stand der Technik
Mikrofluidische Vorrichtungen, die auch als Lab-on-Chip bekannt sind, können zur Prozessierung kleiner biologischer Probenmengen verwendet werden. Lab- on-Chip-Kartuschen sind auswechselbare Bestandteile solcher mikrofluidischer Vorrichtungen. Sie sind üblicherweise als Einwegprodukte ausgelegt, in denen beispielsweise Reagenzien für die Verwendung in der mikrofluidischen Vorrichtung vorgelegt sind. Die Fertigung von Lab-on-Chip-Kartuschen erfolgt oftmals einzeln.
In der WO 2009/043614 A2 wird ein Verfahren zur Herstellung mikrofluidischer Bauelemente beschrieben. Mehrere mikrofluidische Bauelemente werden dabei gemeinsam in einem Batch-Verfahren hergestellt und anschließend in die einzelnen mikrofluidischen Bauelemente unterteilt. Dies kann durch mechanisches Schneiden oder Sägen erfolgen. Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung mindestens einer Lab-on-a-Chip-Kartusche, wobei ein erster Teil der Kartusche von einem zweiten Teil mit einem erhitzten Draht abgetrennt wird.
Der Draht kann dabei bevorzugt zumindest in einem Abschnitt des Drahtes erhitzt werden. Bei dem ersten und zweiten Teil kann es sich insbesondere um Teile der Kartuschen handeln, welche Kunststoff umfassen. Mikrofluidische Kartuschen können als Schichtaufbau mehrere Lagen umfassen, beispielsweise eine Fluidiklage, getrennt durch eine elastische Membran von einer Pneumatiklage, wobei die Pneumatiklage zur pneumatischen Ansteuerung der Membran für die Bewegung von Fluiden in der Fluidiklage dient. So können der erste Teil und/oder der zweite Teil vorzugsweise ein oder mehrere Lagen oder Schichten einer Kartusche oder jeweils einer Kartusche umfassen. Bei dem ersten Teil und dem zweiten Teil kann es sich beispielsweise um zwei Pneumatiklagen oder Fluidiklagen handeln, welche für zwei separate Kartuschen vorgesehen sind und optional über einen Steg verbunden sind. Alternativ kann es sich bei einem oder beiden Teilen um mehrere Lagen oder Schichten der Kartusche handeln. In anderer Ausgestaltung kann es sich bei einem der beiden Teile um ein Abfallteil, welches nach dem Durchtrennen entsorgt wird, oder um ein Einlegeteil oder Deckelteil handeln, welches nach dem Durchtrennen in die Kartusche, insbesondere in das andere Teil, eingesetzt beziehungsweise aufgesetzt wird.
Gemäß besonders bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung von Lab-on-Chip- Kartuschen ist vorgesehen, zwei Lab-on-Chip Kartuschen herzustellen, die über einen Steg miteinander verbunden sind. Dieser Steg kann als vorgegebene Trennstelle zwischen den beiden Lab-on-Chip- Kartuschen fungieren. Ein Durchtrennen des Stegs erfolgt, indem dieser mittels eines Drahtes durchtrennt wird. Der Draht wird hierbei zumindest abschnittsweise erhitzt. Gemäß dieser Ausgestaltung handelt es sich bei dem ersten Teil um einen Teil der ersten Kartusche und bei dem zweiten Teil um einen Teil der zweiten Kartusche, wobei der erste Teil und der zweite Teil über den Steg verbunden sind. In besonderer Ausgestaltung handelt es sich bei dem ersten Teil um die erste Kartusche und bei dem zweiten Teil um die zweite Kartusche, wobei die erste Kartusche und die zweite Kartusche über den Steg verbunden sind. Mit anderen Worten kann das Durchtrennen des Stegs in einer Ausgestaltung des Verfahrens während der Herstellung der beiden Kartuschen oder in einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens nach Herstellung der Kartuschen erfolgen. In anderen Ausgestaltungen können auch mehr als zwei Kartuschen gemeinsam hergestellt und bis zum Durchtrennen über Stege miteinander verbunden sein.
Gegenüber anderen Trennverfahren, die dazu geeignet wären, in einem Batch- Verfahren gefertigte Lab-on-Chip- Kartuschen zu trennen, wie beispielsweise der Einsatz eines Lasers, Wasserstrahlschneiden, Sägen, Stanzen oder Brechen, hat die Verwendung des Drahtes zahlreiche Vorteile. Lange Taktzeiten in der Fertigung, die bei anderen Trennverfahren durch langsamere Vorschübe auftreten würden, können so vermieden werden. Späne, die beispielsweise beim Sägen auftreten oder Wasserreste, die beim Wasserstrahlschneiden auftreten und die eine gegenüber Feuchtigkeit oder Verschmutzungen empfindliche Lab- on-Chip- Kartusche schädigen könnten, werden ebenfalls vermieden. Durch Verwendung des Drahtes treten an der Schnittstelle keine scharfen Kanten auf, wodurch keine Verletzungsgefahr für den Anwender besteht. Es ist auch keine große Krafteinwirkung auf die Lab-on-Chip- Kartusche beziehungsweise die Teile erforderlich. Da in einer Lab-on-Chip- Kartusche unterschiedliche Materialien verbaut werden, die beispielsweise unterschiedliche Elastizitäten und unterschiedliche Materialstärken aufweisen, könnte eine solche Krafteinwirkung zu mechanischen Spannungen und zur Bildung von Rissen führen. Insbesondere könnte es zu einer Delaminierung kommen.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass das Verfahren anders als beim Stanzen oder Brechen nicht auf die Geometrie der Trennung ausgelegt werden muss. Durch Ändern der Verfahrstrecke des Drahts kann das Verfahren schnell an eine andere Geometrie von Lab-on-Chip- Kartuschen angepasst werden. Sollten Änderungen an den herzustellenden Lab-on-Chip-Kartuschen vorgenommen werden, indem beispielsweise andere Materialien eingesetzt werden oder ein Schichtaufbau innerhalb der Lab-on-Chip-Kartuschen verändert wird, so muss keine Änderung an der Vorrichtung vorgenommen werden, welche zum Durchtrennen des Stegs verwendet wird. Stattdessen ist eine Anpassung der Verfahrstrecke ausreichend.
Das Herstellen von Teilen der beiden Lab-on-Chip- Kartuschen kann insbesondere durch Spritzgießen erfolgen. Diese Teile können in dem Verfahren jeweils in einem einzigen Spritzgusszyklus in einer gemeinsamen Form gefertigt und anschließend mit weiteren Bestandteilen der Lab-on-Chip- Kartuschen laminiert werden.
Der Steg weist vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 2 mm bis 5 mm auf. Damit ist er dick genug, um ein ungewolltes Auseinanderbrechen der beiden Lab-on-Chip- Kartuschen bei der Herstellung zu verhindern, ist aber gleichzeitig dünn genug, um mittels des Drahtes einfach durchtrennt werden zu können.
Der Draht wird in dem Verfahren vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich von 200°C bis 300°C erhitzt. Diese Temperatur ist einerseits hoch genug, um alle üblicherweise in einer Lab-on-Chip- Kartusche verbauten Materialien ausreichend zu erweichen, sodass sie mit dem Draht einfach durchtrennt werden können und ist andererseits niedrig genug, um ein starkes Aufschmelzen der Materialien zu verhindern, durch welche sich in großer Menge Schmelzreste von den Lab-on- Chip- Kartuschen ablösen können, oder wodurch sogar eine Schädigung von tief in den Lab-on-Chip- Kartuschen angeordneten Bauteilen erfolgen könnte, beispielsweise durch eine Verformung von Kanälen in der Lab-on-Chip- Kartusche.
Die Vorrichtung zum Durchtrennen von Teilen von Lab-on-Chip-Kartuschen, insbesondere über ein Durchtrennen eines Steges zwischen zwei Lab-on-Chip- Kartuschen, die insbesondere für die Durchführung des voranstehend beschriebenen Verfahrens verwendet werden kann, weist einen Draht auf, der eingerichtet ist, um die Teile, insbesondere den Steg zu durchtrennen. Weiterhin weist sie eine Heizeinrichtung auf, die eingerichtet ist, um den Draht zu erhitzen. Wie oben ausgeführt, können einer oder beide Teile vorzugsweise ein oder mehrere Lagen oder Schichten einer Kartusche oder jeweils einer Kartusche umfassen. Bevorzugt umfasst die Vorrichtung einen Abstreifer, um vorteilhafterweise vom Draht mitgenommenes abgeschmolzenes Material vom Draht zu entfernen. Der Abstreifer ist dabei bevorzugt direkt am Draht angeordnet, wobei der Draht ohne mitgeführtem Material den Abstreifer entweder berührt oder in alternativer Ausgestaltung nicht berührt. Die alternative Ausgestaltung hat den Vorteil, dass ein möglichst kleiner Spalt zwischen Draht und Abstreifer vorgesehen werden kann, so dass der Draht den Abstreifer nicht abnutzt, aber auf dem Draht mitgeführtes Material durch den Abstreifer möglichst vollständig entfernt wird.
Vorzugsweise ist die Heizeinrichtung als elektrische Spannungsquelle ausgeführt, die eingerichtet ist, um eine elektrische Spannung an dem Draht anzulegen. Ein elektrischer Stromfluss durch den Draht bewirkt aufgrund von dessen elektrischem Widerstand eine Erhitzung des Drahtes.
Bevorzugt besteht der Draht aus einem Metall, beispielsweise umfassend Edelstahl. Metalle weisen eine gute thermische Leitfähigkeit auf, was das Erhitzen des Drahtes erleichtert. Außerdem weist sie eine gute elektrische Leitfähigkeit auf, was vorteilhaft ist, wenn die Heizeinrichtung als elektrische Spannungsquelle ausgeführt ist.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass der Draht eingerichtet ist, um entlang seiner Längsachse bewegt zu werden. Diese axiale Bewegung des Drahtes ermöglicht einen gleichmäßigen Wärmeeintrag in den Steg, sodass ein unerwünschtes starkes Aufschmelzen der Materialien der Lab-on-Chip- Kartuschen vermieden werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung wird die axiale Bewegbarkeit des Drahtes realisiert, indem der Draht in einer Spannvorrichtung eingespannt ist, die entlang der Längsachse des Drahtes beweglich ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Vorrichtung zwar über bewegliche Teile verfügt, der Draht selbst jedoch nicht über bewegliche Teile geführt wird, sodass keine Gefahr besteht, hierbei geschmolzene Kunststoffreste in bewegliche Teile der Vorrichtung einzutragen. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung wird die axiale Beweglichkeit des Drahtes realisiert, indem der Draht zwischen zwei Spulen gespannt ist. Dabei ist der Draht eingerichtet, um von der ersten Spule abgewickelt zu werden und auf die zweite Spule aufgewickelt zu werden. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass lediglich der Draht selbst und keine mit ihm verbundene Spannvorrichtung axial bewegt werden muss, was mit geringem Kraftaufwand möglich ist.
In noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung wird die axiale Beweglichkeit des Drahtes realisiert, indem dieser zwischen mehreren Umlenkrollen in einem vorzugsweise geschlossenen Streckenzug geführt ist. Der bevorzugte geschlossene Streckenzug ist vorzugsweise im Wesentlichen polygonförmig, insbesondere im Wesentlichen rechteckig. Diese Ausführungsform der Vorrichtung hat den Vorteil, dass sie durch die Verwendung eines endlosen Drahtes mit einer geringen Drahtlänge auskommt und die Verfahrensführung auch nicht nach einem vollständigen Abwickeln des Drahtes von der Spule vorübergehend unterbrochen werden muss.
Ferner betrifft die Erfindung ein Kartuschenzwischenprodukt, umfassend einen ersten Teil und einen zweiten Teil, wobei der erste Teil und der zweite Teil über eine mit einem erhitzten Draht durchtrennbare Verbindung, miteinander verbunden sind. Bei dem ersten Teil kann es sich insbesondere um einen Teil einer ersten Kartusche und bei dem zweiten Teil kann es sich insbesondere um einen Teil einer zweiten Kartusche wie oben beschrieben handeln. In besonderer Ausgestaltung kann es sich, wie ebenfalls oben beschrieben, bei dem ersten Teil um eine erste Kartusche und bei dem zweiten Teil um eine zweite Kartusche handeln, wobei die beiden Kartuschen miteinander verbunden sind. Die Verbindung kann beispielsweise als Steg zwischen den beiden Teilen beziehungsweise Kartuschen ausgestaltet sein. Unter einer mit einem erhitzten Draht durchtrennbaren Verbindung ist insbesondere eine Verbindung, insbesondere umfassend Kunststoff, zu verstehen, welche mit einem Draht durchtrennt werden kann, wobei der Draht zumindest stellenweise über Raumtemperatur erhitzt ist, insbesondere auf eine Temperatur im Bereich von 200°C bis 300°C. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht von zwei Lab-on-Chip- Kartuschen, die in einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung getrennt werden können.
Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Lab-on-Chip- Kartusche, die in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden kann.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung
Fig. 1 zeigt zwei Lab-on-Chip- Kartuschen 10a, 10b, die über einen beispielsweise 3,5 mm dicken Steg 20 miteinander verbunden sind. Sie können gemeinsam in einem Batch-Verfahren gefertigt werden. Nach Durchtrennen des Stegs 20 werden zwei individualisierte Lab-on-Chip- Kartuschen 10a, 10b erhalten. Alternativ kann es sich auch um Teile 10a, 10b für Lab-on-Chip- Kartuschen handeln, insbesondere einen ersten Teil 10a für eine erste Kartusche und einen zweiten Teil 10b für eine zweite Kartusche. Fig. 1 zeigt somit auch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kartuschenzwischenprodukts.
In Fig. 2 ist für eine der Lab-on-Chip- Kartuschen 10a beispielhaft ein Schichtaufbau dargestellt. Von oben nach unten besteht die Lab-on-Chip- Kartusche 10a im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem ersten Teil 11a, das in einem Spritzgussverfahren aus Polycarbonat hergestellt wurde und bei dem es sich um die Fluidiklage handeln kann, dann aus einer Folie 12a aus thermoplastischem Polyurethan (TPU), anschließend aus einem zweiten Teil 13a, das in einem Spritzgussverfahren Polycarbonat gefertigt wurde und bei dem es sich um die Pneumatiklage handeln kann, und schließlich optional aus einer Seal- Folie 14a aus Polycarbonat (PC) zur Versiegelung. Alle Bestandteile der Lab-on-Chip- Kartusche 10a bestehen also aus thermoplastischen Kunststoffen, die mittels eines heißen Drahts geschnitten werden können. Hierfür sind die Vorrichtungen gemäß den drei im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung geeignet:
Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein Draht 30 ist zwischen zwei Spannelementen 41, 42 einer Spannvorrichtung 40 gespannt, wobei es sich bei den Spannelementen beispielsweise wie in Fig. 3 angedeutet um zwei massive Körper 41, 42 aus Kunststoff und/oder Metall handeln kann, in welche jeweils ein Ende des Drahts 30 eingebettet ist. Der Draht 30 umfasst für eine Erwärmung über Strom vorzugsweise Metall, insbesondere Edelstahl für gleichzeitige mechanische Stabilität. Beispielsweise hat der Draht eine Dicke zwischen 50 Mikrometer und 2 Millimeter, bevorzugt zwischen 0,2 und 0,6 Millimeter, wobei eine größere Dicke eine höhere mechanische Stabilität zur Folge hat, aber dafür aufgrund des zusätzlichen Materials grundsätzlich mehr Energie zum Erhitzen benötigt wird. Eine elektrische Spannungsquelle 50 ist mit zwei elektrischen Kontaktelementen 51, 52 verbunden, die jeweils nah an den Spannelementen 41, 42 am Draht 30 angeordnet sind. Die Spannvorrichtung 40 ist in der Richtung R entlang der Längsachse des Drahtes 30 verfahrbar. Bei Verwendung dieser Vorrichtung im erfindungsgemäßen Verfahren wird der Draht 30 durch Anlegen einer elektrischen Spannung erhitzt. Zugleich wird die Spannvorrichtung 40 in der Richtung R verfahren und der Draht 30 dabei über den Steg 20 der beiden miteinander verbundenen Lab-on-Chip-Kartuschen 10a, 10b beziehungsweise Teile 10a, 10b bewegt. Er durchschneidet hierbei den Steg 20, wobei ein durch den Kontakt mit dem Steg 20 abgekühlter Bereich des Drahtes 30 aufgrund seiner axialen Bewegung sofort durch einen noch heißen Bereich ersetzt wird. In einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, das in Fig. 4 dargestellt ist, ist der Draht 30 zwischen einer ersten Spule 61 und einer zweiten Spule 62 gespannt. Eine Spannungsquelle 50 ist mit zwei Schleifkontakten 53, 54 verbunden, die jeweils nahe der ersten Spule 61 und der zweiten Spule 62 am Draht 30 anliegen. Auf der von der zweiten Spule 62 abgewandten Seite des an dieser Spule 62 angeordneten Schleifkontakts 54 ist ein Abstreifer 31 am Draht 30 angeordnet. Durch Abwickeln von der ersten Spule 61 und Aufwickeln auf die zweite Spule 62 kann der Draht 30 axial in der Richtung R bewegt werden. Zum Durchtrennen eines Steges 20 zwischen zwei Lab-on-Chip- Kartuschen 10a, 10b beziehungsweise Teilen 10a, 10b für Lab-on- Chip- Kartuschen wird an den gespannten Bereich des Drahtes 30 eine elektrische Spannung angelegt, um diesen zu erhitzen. Der Draht wird beim Durchschneiden des Steges 20 von der ersten Spule 61 abgewickelt und auf die zweite Spule 62 aufgewickelt. Hierdurch wird dem Steg 20 kontinuierlich ein heißer Bereich des Drahtes 30 zugeführt. Beim Verlassen des Steges 20 kann der Draht 30 geschmolzene Kunststoffreste mit sich nehmen. Diese werden am Abstreifer 31 abgestreift, sodass sie weder den Schleifkontakt 54 noch die zweite Spule 62 verunreinigen können. Auch das zweite Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 kann vorzugsweise einen Abstreifer 31 umfassen, um vorteilhafterweise vom Draht 30 mitgenommenes abgeschmolzenes Material zu entfernen. Wie in Fig. 4 dargestellt, kann der Abstreifer zumindest abschnittsweise die Form eines Keils umfassen, um das Material entlang der schiefen Ebene des Keils vom Draht wegzubefördern. Ferner kann der Abstreifer auch zwei Teile umfassen, welche beispielsweise die gleiche geometrische Form aufweisen und/oder vorzugsweise an verschiedenen oder gegenüberliegenden Seiten des Drahts angeordnet sein können, um Material von verschiedenen Seiten des Drahts zu entfernen.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Fig. 5 dargestellt. Ein endloser Draht 30 ist zwischen vier Umlenkrollen 71, 72, 73, 74 im Wesentlichen zu einem Rechteck gespannt. Durch Antreiben der Umlenkrollen 71, 72, 73, 74 kann der Draht 30 entlang der dargestellten Richtung R bewegt werden. Der Abschnitt des Drahtes zwischen den ersten beiden Umlenkrollen 71, 72 ist zum Durchtrennen des Steges 20 zwischen zwei Lab-on- Chip- Kartuschen 10a, 10b beziehungsweise Teilen 10a, 10b für Lab-on-Chip- Kartuschen vorgesehen. Hierzu ist eine Spannungsquelle 50 mit zwei Schleifkontakten 53, 54 verbunden, die den Draht 30 nahe der ersten beiden Umlenkrollen 71, 72 kontaktieren. Auf der von der zweiten Umlenkrolle 72 abgewandten Seite ihres Schleifkontakts 54 ist vorzugsweise ein Abstreifer 31 angeordnet. Zum Schneiden des Steges 20 wird der Draht 30 zwischen den ersten beiden Umlenkrollen 71, 72 unter Anlegung einer elektrischen Spannung erhitzt. Er wird in der Richtung R bewegt und gleichzeitig durch den Steg 20 geführt. Hierdurch wird dem Steg 20 kontinuierlich ein erhitzter Bereich des Drahtes 30 zugeführt. Kunststoffreste, die vom Draht 30 mitgenommen werden, werden am Abstreifer 31 abgestreift, bevor sie in Kontakt mit dem dahinter folgenden Schleifkontakt 54 gelangen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung mindestens einer Lab-on-a-Chip- Kartusche, wobei ein erster Teil (10a) der Kartusche von einem zweiten Teil (10b) mit einem erhitzten Draht (30) abgetrennt wird, wobei der erste Teil und/oder der zweite Teil vorzugsweise ein oder mehrere Lagen einer Kartusche umfassen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend die folgenden Schritte:
Herstellen von zumindest zwei Lab-on-Chip- Kartuschen (10a, 10b), die über einen Steg (20) miteinander verbunden sind, und
Durchtrennen des Stegs (30), indem dieser mittels eines Drahtes (30) durchtrennt wird, wobei der Draht (30) erhitzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen von Teilen (11a, 13a) der beiden Lab-on-Chip- Kartuschen (10a, 10b) durch Spritzgießen erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (20) eine Dicke im Bereich von 2 mm bis 5 mm aufweist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dass der Draht (30) auf eine Temperatur im Bereich von 200°C bis 300°C erhitzt wird.
6. Vorrichtung zum Durchtrennen von Teilen von Lab-on-Chip- Kartuschen (10a, 10b), insbesondere über Durchtrennen eines Stegs (20) zwischen zwei Lab- on-Chip- Kartuschen (10a, 10b), aufweisend einen Draht (30), der eingerichtet ist, um die Teile (10a, 10b), insbesondere den Steg (20) zu durchtrennen und aufweisend eine Heizeinrichtung, die eingerichtet ist, um den Draht (30) zu erhitzen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Abstreifer 31 zur Entfernung von mitgenommenem abgeschmolzenen Material vom Draht (30) umfasst. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung eine elektrische Spannungsquelle (50) ist, die eingerichtet ist, um eine elektrische Spannung an den Draht (30) anzulegen. Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (30) eingerichtet ist, um entlang seiner Längsachse bewegt zu werden. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (30) in einer Spannvorrichtung (40) eingespannt ist, die entlang der Längsachse des Drahtes (30) beweglich ist. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (30) zwischen zwei Spulen (61, 62) gespannt ist und eingerichtet ist, um von der ersten Spule (61) abgewickelt zu werden und auf die zweite Spule (62) aufgewickelt zu werden. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (30) zwischen mehreren Umlenkrollen (71, 72, 73, 74) in einem insbesondere geschlossenen Streckenzug geführt ist. Kartuschenzwischenprodukt, umfassend einen ersten Teil (10a), insbesondere für eine erste Kartusche, und einen zweiten Teil (10b), insbesondere für eine zweite Kartusche, wobei der erste Teil (10a) und der zweite Teil (10b) über eine mit einem erhitzten Draht (30) durchtrennbare Verbindung, insbesondere über einen Steg (20), miteinander verbunden sind.
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