WO2024038109A1 - Mikrofluidische flusszelle, herstellungsverfahren, verwendung und analyseeinrichtung - Google Patents

Mikrofluidische flusszelle, herstellungsverfahren, verwendung und analyseeinrichtung Download PDF

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WO2024038109A1
WO2024038109A1 PCT/EP2023/072611 EP2023072611W WO2024038109A1 WO 2024038109 A1 WO2024038109 A1 WO 2024038109A1 EP 2023072611 W EP2023072611 W EP 2023072611W WO 2024038109 A1 WO2024038109 A1 WO 2024038109A1
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flow cell
dry substance
cavity
deformable wall
fluid
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PCT/EP2023/072611
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Lutz Weber
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Thinxxs Microtechnology Gmbh
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    • B01L2400/0475—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
    • B01L2400/0481—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure squeezing of channels or chambers

Definitions

  • Microfluidic flow cell manufacturing process, use and analysis device
  • the invention relates to a microfluidic flow cell, a manufacturing method for a microfluidic flow cell, a use of a microfluidic flow cell and an analysis device.
  • Microfluidic flow cells as they are increasingly being used as “mini laboratories” for the analysis and/or synthesis of fluids, particularly in diagnostics, often contain a dry substance that has to be introduced into the flow cells during the production of the flow cells.
  • a reagent liquid to be dried ie a carrier liquid
  • the cavity provided for receiving the dry reagent within the flow cell for example a channel or a chamber, is still accessible reagent dissolved or suspended therein.
  • the entire component of the flow cell which is only partially wetted with the reagent liquid, must be subjected to a drying process before further assembly, which is often combined with a heat treatment for the purpose of acceleration or as a freeze-drying process to protect the reagents and with regard to stability and resuspension properties he follows.
  • the disadvantage is that the flow cell, whose dimensions usually far exceed those of the area just to be dried, takes up a lot of space in a drying chamber.
  • the drying treatment can affect the flow cell itself, particularly sensitive components mounted thereon.
  • the dry substance formed can be subject to impairments due to air contact, in particular air humidity, and welding heat or the influence of adhesives used during assembly, through which the corresponding channel areas of a microfluidic flow cell must in many cases be hermetically sealed .
  • a procedure for introducing a Dry substance in a flow cell, as described above, can be found, for example, in EP 2 198 964 B1. It is also known that dry matter can be prefabricated as lyphilized (freeze-dried) balls or spheres and then introduced into the flow cell.
  • the invention is based on the object of creating a flow cell of the type mentioned at the outset, which is easy to produce and enables particularly good mixing of the dry substance with a fluid.
  • the flow cell according to the invention that solves this problem is characterized in that a passage opens into the cavity and an element inserted in the passage with a deformable wall delimits the cavity. Through the passage, the dry substance can be introduced into the cavity particularly easily and the deformable wall adjacent to the cavity enables the cavity to be changed and thus the dry substance arranged therein to be influenced from the outside, as will be described in more detail below.
  • the dry substance is preferably a dry reagent in the form of so-called beads, balls or pellets, which can be produced by lyophilization (freeze-drying) and in particular have a diameter of 2 to 5 mm. This means that the dry matter is often larger than an adjacent channel of the flow cell.
  • the deformable wall can be concave in sections and enclose a part of the cavity, which is in particular in the form of a cylinder or a spherical section.
  • the dry substance can be arranged on an inside of the deformable wall facing the cavity, in particular on a concave section of the deformable wall.
  • the deformable wall can also advantageously contain the dry substance at least partially enclose it in order to hold the dry substance in a frictional and/or form-fitting manner. This makes it possible to position the dry substance at a defined position in the flow cell and also facilitates the production of the flow cell, as will be described below.
  • the inserted element can have a recess on an outside facing away from the cavity, which can, for example, be cylindrical and preferably adjoins the deformable wall.
  • assemblies described in detail below can protrude into the recess in order to move the deformable wall and/or to act on the dry substance arranged in the cavity.
  • the element used can preferably consist in one piece, in particular of silicone, thermoplastic elastomer (TPE) or thermoplastic polyurethane (TPU) and can in particular be formed by injection molding. This enables cost-effective prefabrication of the element to be inserted later into the flow cell.
  • TPE thermoplastic elastomer
  • TPU thermoplastic polyurethane
  • the flow cell can be largely completed without dry substance during production before the dry substance is introduced in a final step and the passage is closed by means of the inserted element.
  • Particularly simple production can be achieved by first connecting the dry substance to the element to be inserted and then inserting it into the passage together with the element.
  • the element to be used protects the dry substance from external influences until the element with the dry substance is inserted into the flow cell.
  • the element with the dry substance can be inserted particularly easily by machine, since the element to be inserted has a defined shape and can also be easily gripped by machine.
  • the dry substance can be held in a frictional and/or form-fitting manner in the element to be used. This is achieved by the dry substance forming the deformable wall of the element to be inserted elastically deformed. If the geometry of the element to be used and in particular the deformable wall is adapted to the dry substance in such a way that the dry substance is gripped behind, the dry substance is also held in a form-fitting manner. This allows the element to be inserted with the dry substance to be prefabricated and stored particularly easily, with the possibility of unintentional detachment of the dry substance from the element to be inserted before assembly on the flow cell being ruled out.
  • the dry substance can be held magnetically and/or electrostatically when inserted into the cavity.
  • An additional magnetically active element can be provided here, which comprises a permanent magnet and/or an electromagnet.
  • the deformable wall is moved to distribute the dry substance in a fluid supplied into the cavity.
  • the deformable wall makes it particularly easy to apply mechanical force to the dry substance and/or the fluid arranged in the cavity, thereby accelerating the distribution of the dry substance in the fluid.
  • the deformable wall can also be moved protruding into the channel, which reduces the channel cross-section and supports the distribution of the dry substance.
  • the dry substance can also comprise magnetically active components which are magnetically acted upon by the deformable wall in order to distribute the dry substance in a supplied fluid.
  • the magnetic application of a dry substance in a flow cell represents an independent invention, regardless of the presence of an inserted element and a deformable wall.
  • the deformable wall can be moved preferably elastically to such an extent that the dry substance moves against a wall of the flow cell is pressed and thus shredded. This mechanical reduction of the dry substance also accelerates the distribution in the supplied fluid.
  • the deformable wall can be successively moved in different, preferably opposite, directions to alternately increase and decrease the volume of the cavity. This can create a pump effect can be achieved, which moves the supplied fluid within the hollow chamber and the at least one adjacent channel, which additionally accelerates the distribution of the dry substance in the fluid. Particularly advantageously, it can be provided that the fluid is supplied into the cavity only after the cavity has been reduced in size by the deformable wall. This avoids unnecessary dead spaces and thus, for example, air accumulation within the cavity.
  • the fluid can be supplied by elastically restoring the deformable wall and the resulting negative pressure in the hollow chamber. Alternatively or additionally, a negative pressure can also be applied to the outside of the deformable wall, which retracts the deformable wall.
  • an analysis device for analyzing a sample using the aforementioned microfluidic flow cell is also claimed, which is characterized in that an operating device for moving the deformable wall is provided.
  • the operating device can advantageously have a movable plunger and/or a tube for applying negative and/or positive pressure in order to move the deformable wall.
  • the analysis device can comprise at least one magnetically active element which acts on the dry substance.
  • magnetically active components such as metal parts can be provided in the dry substance, which can be held or moved magnetically in order to hold the dry substance at a certain point or to promote the distribution of the dry substance in the fluid.
  • the analysis device can include at least one inlet and/or outlet line to or from the flow cell for a sample and/or at least one sensor for determining the location of a fluid or a sample in the flow cell or for analyzing a sample prepared in the flow cell.
  • the inlet and/or outlet line can be pressed onto the flow cell in order to create a hermetically sealed connection.
  • Further embodiments and uses of the flow cell according to the invention with an inserted element (referred there as reagent plug, RP for short) and a movable wall (referred there as flexible wall, FW for short) and a corresponding analysis device are shown there. Further special features and advantages of the invention result from the following description of preferred exemplary embodiments based on the drawings. Show it:
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a flow cell with an inserted element and a dry substance according to a first embodiment
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through a flow cell with an inserted element and a dry substance according to a second embodiment
  • FIG. 3 shows a longitudinal section through a flow cell with an inserted element without dry substance according to a third embodiment
  • FIG. 4 shows a longitudinal section through the flow cell shown in FIG. 3 with a dry substance
  • FIG. 5 shows a longitudinal section through a flow cell with an inserted element and a dry substance according to a fourth embodiment
  • FIG. 6 shows a longitudinal section through the flow cell of FIG. 5 with an additional magnet
  • FIG. 7 shows a longitudinal section through the flow cell of FIG. 5 with a fluid supplied
  • FIG. 8 shows a longitudinal section through the flow cell of FIG. 7 with a pneumatic operating device
  • FIG. 9 shows a longitudinal section through the flow cell from FIG. 7 with a mechanical operating device
  • FIG. 10 shows a longitudinal section through the flow cell of FIG. 1 with a supplied fluid and an operating device in a first actuation position
  • FIG. 11 shows a longitudinal section through the flow cell of FIG. 1 with the operating device in a second actuation position
  • FIG. 12 shows a longitudinal section through the flow cell of FIG. 7 with an operating device and Fig. 13 shows the sequence of three steps in the prefabrication of the unit from the element to be used and dry substance.
  • the flow cell 1 a shows a longitudinal section through a flow cell 1a with an inserted element 2a according to a first embodiment.
  • the flow cell 1 a comprises, in a known manner, a substantially flat, flat substrate 3 that is covered on its underside by a film 4.
  • the film 4 is preferably welded or glued to the substrate 3.
  • At least one channel 5 is provided in the substrate 3, which is delimited by the film 4.
  • Such a flow cell 1 a can be produced particularly easily by injection molding the substrate from plastic and then covering the channel 5, which is open to the outside, with the film 4 in order to ensure that liquid is transported safely in and out of the channel 5 through one To enable inflow and outflow.
  • the substrate 3 can be made of plastic such as PP, PC, PMMA, COC, COP or PS and the element 2a used can be made of a thermoplastic elastomer such as PU, TPE, silicone or vice versa.
  • a detection region can be provided for analyzing a mixture of sample and dry substance.
  • the substrate 3 On the side of the substrate 3 facing away from the film 4, the substrate 3 comprises a projecting, preferably annular bushing 6, through which an outwardly open passage 7 opens into the channel 5.
  • the element 2a is inserted into the passage 7 from the outside, with a laterally projecting annular collar 8a resting against the bushing 6 and thereby forming a depth limit for the element 2a inserted into the bushing 6.
  • a depth stop can also be implemented on the passage.
  • the element 2a preferably delimits a cavity 9 in the passage 7, which also extends into the inserted element 2a, where a spherical dry substance 10a is arranged.
  • an annular groove 11a is provided on an outside of the inserted element 2a, which is spaced from the cavity 9 by a thin wall.
  • the contour of the inserted element 2a roughly results in a W-shape in the longitudinal section shown.
  • the wall 12a of the inserted element 2a which rests on the dry substance 10 and surrounds it, is designed to be deformable, for example made of an elastic material such as silicone, TPE or TPU, which means that the dry substance 10a can be applied particularly easily from the outside with a force can be applied.
  • the walls of the inserted element 2a are arranged at right angles to one another in longitudinal section. In cross section, which is horizontal in Figure 1 runs, the inserted element 2a, as in the other figures, preferably has a circular, rotationally symmetrical shape.
  • the surfaces of the element used, which face the cavity, and/or the surface of the channel can be hydrophilically modified, for example non-permanently by surface activation by means of plasma treatment, or coated (permanently, e.g. by plasma polymerization or coating with suitable liquids) to support the introduction of samples and/or the redissolution of the dry substance.
  • the pretreatment for hydrophilic surface properties can include a contact angle to water ⁇ 60°, preferably ⁇ 30° (wet chemical, plasma treatment, corona, coating with a glass-like layer, for example by plasma polymerization, or with metal, for example by means of printing or thin-film technology).
  • the surface of the inserted element can preferably be designed to be flush with one of the walls of the channel.
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through a flow cell 1b with an inserted element 2b and a dry substance 10b according to a second embodiment.
  • the substrate 3 is with the
  • Socket 6 and the channel 5 with the passage 7 and the film 4 are identical, so that the same reference numbers are used.
  • the embodiment of the inserted element 2b shown in Figure 2 differs in particular in that in the longitudinal section the deformable wall 12b, which is on the
  • Dry substance 10b rests, is curved, in particular in the shape of a circular section, and therefore rests over the entire surface of the spherical dry substance 10b.
  • the element 2b also includes a laterally projecting annular collar 8b.
  • a corresponding annular groove 11b is formed according to the curved shape of the deformable wall 12b.
  • an annular seal 13 is shown, which is arranged in an annular groove on the end face of the inserted element 2b facing the substrate 3 and enables a reliable seal between the substrate 3 and the inserted element 2b.
  • Such a ring seal can also be used in the ones shown in the other figures
  • Embodiments of the element used may be provided, even if this is not shown in all figures for simplicity.
  • 3 and 4 each show a longitudinal section through a flow cell 1c according to a third embodiment, wherein in FIG. 3 the flow cell 1c is shown with an inserted element 2c without dry substance and in FIG. 4 with dry substance 10c.
  • the deformable wall 12c of the element 2c is originally flat and is delimited on the outside by a cylindrical recess 14 in the inserted element 2c.
  • the position of the deformable wall 12c shown corresponds to the state when a previously present dry substance was completely dissolved in a supplied fluid and discharged through the channel 5.
  • the flow cell 1c is shown after production with the inserted element 2c and the dry substance 12c arranged in the cavity 9.
  • the dry substance 12c lies against the film 4 and presses against the deformable wall 12c, which preferably curves outwards elastically in the direction of the recess 14a. This prestressing causes the mechanical shredding of the dry substance 10c to be effected additionally from the outside on the deformable
  • the individual beads of the dry substance 10d can be influenced magnetically, so they include either a magnetic component, such as a permanent magnet, or a magnetizable component, such as a metal.
  • the inserted element 2d which can be designed identically to the embodiment shown in Figures 3 and 4, holds the beads after the production of the flow cell 1d either by magnetic forces or in another way, for example by adhesion or a releasable adhesive formed dry substance 10d on the deformable wall 12d in the cavity 9, not numbered here. Some of the beads of the dry substance 10d also protrude into the channel 5, which is advantageous when later distributing and dissolving the dry substance 10b in a supplied fluid.
  • the magnet 15 which protrudes into the recess 14b and rests on the outside of the deformable wall 12d opposite the dry substance 10d.
  • the magnet 15, which can be designed as a permanent magnet or electromagnet, can produce a magnetic force on the dry substance 10d, in particular an attractive one and/or a repulsive force. This can support the distribution of the dry substance 10d in a supplied fluid and, in addition, components of the dry substance 10d that are not dissolved in the fluid can be collected and held again by the magnet 15.
  • the magnet 15 can additionally be pressed against the deformable wall 12d in order to cause a movement of the deformable wall 12d and thus the dry substance 10d and a supplied fluid, thereby additionally supporting the distribution of the dry substance in the fluid.
  • the channel cross section is reduced by a wall 12d deformed in the direction of the channel, which also increases the magnetic effect in the channel 5.
  • FIG. 7 shows a possibility of distributing or dissolving the dry substance 10d formed as beads by moving a fluid 16 arranged in the channel 5.
  • the fluid 16 can preferably be moved back and forth periodically, for example by an excess pressure applied alternately to the ends of the channel 5.
  • a magnet 15 can also be provided, which acts magnetically and, if necessary, through movement on the dry substance 10d.
  • the flow cell 1d from Figure 7 is shown in longitudinal section with different operating devices.
  • a pneumatic operating device 17a is provided, which lies sealingly against the inserted element 2d, in particular against the annular collar 8d, and is designed to generate negative and/or positive pressure in the recess 14b .
  • the recess 14b is sealed airtight via the pneumatic operating device 17a, overpressure and/or underpressure leads to the movement of the deformable wall 12d indicated by the arrow, whereby the dry substance 10d, which is designed as spherules, is particularly well distributed in the fluid 16 becomes. If the negative and/or positive pressure is applied periodically, the deformable wall 12d and thus also the fluid 16 can be caused to vibrate, which additionally supports the distribution of the dry substance 10d.
  • a mechanical operating device 17b is provided, which is designed, for example, as a plunger and rests protruding into the recess 14b on the deformable wall 12d.
  • the mechanical operating device 17b moves in the direction of the deformable wall 12d, the deformable wall 12d is deflected and this also causes a movement on the Dry substance 10d and the fluid 16 are transferred.
  • the movement of the mechanical operating device 17b can also take place periodically in order to additionally support the distribution of the dry substance 10d in the fluid 16.
  • the flow cell 1a from Figure 1 is shown with a supplied fluid and an operating device 17c in different actuation positions.
  • the operating device 17c shown schematically here, which can be a pneumatic or mechanical operating device, is provided to act on the deformable wall 12a in the direction of the dry substance 10a.
  • the deformable wall 12a and the originally spherical dry substance 10a are already deformed. From a certain degree of deformation, the dry substance 10a breaks into several small parts, which are distributed or dissolved particularly well in the fluid 16. This state is shown in Figure 11, whereby the deformable wall 12a completely fills the passage 7 and the cavity 9, so that only the channel 5 with the fluid 16 arranged therein remains and the dry substance 10a is completely distributed or distributed in the fluid 16. is dissolved. 12 shows a longitudinal section through the flow cell of FIG. 7 with an operating device 17d.
  • FIG. 13 shows the sequence of three steps in the prefabrication of a unit consisting of the element to be used, here using the example of the element 2b to be used, and the dry substance, here using the example of the dry substance 10b.
  • a first step the dry substance 10b is inserted into the cavity 9 within the element 2b and is held there preferably in a form-fitting and/or frictional manner.
  • Such a prefabricated unit can be seen in the middle figure, which is also the case can be stored easily.
  • the right figure shows the final step in which the prefabricated unit is inserted into the passage 7 within the socket 6 of the flow cell.
  • This prefabrication can also reliably prevent contamination of the dry substance 10b and mechanical stress during storage and transport, since the dry substance 10b is not gripped and held directly, but only via the element 2b.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine mikrofluidische Flusszelle (l a), ein Herstellungsverfahren für eine mikrofluidische Flusszelle, eine Verwendung einer mikrofluidischen Flusszelle sowie eine Analyseeinrichtung. Um eine einfache Herstellung der Flusszelle (l a) und eine besonders gute Durchmischung einer in einem Hohlraum (9) angeordneten Trockensubstanz (10a) mit einem Fluid zu ermöglichen, mündet in den Hohlraum (9) ein Durchgang (7) und ein in dem Durchgang (7) eingesetztes Element (2a) begrenzt mit einer verformbaren Wand (12a) den Hohlraum (9).

Description

Beschreibung:
Mikrofluidische Flusszelle, Herstellungsverfahren, Verwendung und Analyse- einrichtung
Die Erfindung betrifft eine mikrofluidische Flusszelle, ein Herstellungsverfahren für eine mikrofluidische Flusszelle, eine Verwendung einer mikrofluidischen Flusszelle sowie eine Analyseeinrichtung.
Mikrofluidische Flusszellen, wie sie zunehmend als „Minilabor“ zur Analyse oder/und Synthese von Fluiden insbesondere in der Diagnostik zum Einsatz kommen, enthalten oftmals eine Trockensubstanz, die während der Herstellung der Fluss- zellen in die Flusszellen einzubringen ist. Zur Einbringung einer Trockenreagenz wird in einem Montageschritt, in welchem der für die Aufnahme der Trockenreagenz innerhalb der Flusszelle vorgesehene Hohlraum, z.B. ein Kanal oder eine Kammer, noch zugänglich ist, an die betreffende Stelle eine zu trocknende Reagenzflüssig- keit gebracht, d.h. eine Trägerflüssigkeit mit darin gelöster oder suspendierter Reagenz. Danach ist das gesamte, mit der Reagenzflüssigkeit nur stellenweise benetzte Bauteil der Flusszelle vor deren weiterer Montage einem Trocknungs- prozess zu unterziehen, der zwecks Beschleunigung oftmals mit einer Wärme- behandlung verbunden ist oder zur Schonung der Reagenzien sowie im Hinblick auf Stabilität und Resuspendierungseigenschaften als Gefriertrocknungsprozess erfolgt. Nachteilig belegt die Flusszelle, deren Abmessungen diejenigen des nur zu trocknenden Bereichs zumeist weit überschreiten, in einer Trocknungskammer viel Raum. Ferner kann die Trocknungsbehandlung die Flusszelle selbst beeinträch- tigen, insbesondere daran montierte empfindliche Komponenten. Des Weiteren kann die gebildete Trockensubstanz dann im Zuge der Fertigmontage der Fluss- zelle Beeinträchtigungen durch Luftkontakt, insbesondere Luftfeuchtigkeit, und Schweißwärme oder dem Einfluss bei der Montage verwendeter Klebemittel unter- liegen, durch die entsprechende Kanalbereiche einer mikrofluidischen Flusszelle in vielen Fällen hermetisch zu verschließen sind. Ein Verfahren zum Einbringen einer Trockensubstanz in eine Flusszelle, wie es vorangehend beschrieben ist, geht z.B. aus der EP 2 198 964 B 1 hervor. Durch Benutzung ist zudem bekannt, Trocken- substanz als lyphilisierte (gefriergetrocknete) Bälle bzw. Kugeln vorzufertigen und anschließend in die Flusszelle einzubringen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flusszelle der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfach herstellbar ist und eine besonders gute Durch- mischung der Trockensubstanz mit einem Fluid ermöglicht. Die diese Aufgabe lösende Flusszelle nach der Erfindung ist dadurch gekenn- zeichnet, dass in den Hohlraum ein Durchgang mündet und ein in dem Durch- gang eingesetztes Element mit einer verformbaren Wand den Hohlraum begrenzt. Durch den Durchgang kann die Trockensubstanz besonders einfach in den Hohl- raum eingebracht werden und die an den Hohlraum angrenzende verformbare Wand ermöglicht die Veränderung des Hohlraums und damit die Beeinflussung der darin angeordneten Trockensubstanz von außen, wie im nachfolgenden noch näher beschrieben wird.
Bei der Trockensubstanz handelt es sich vorzugsweise um eine Trockenreagenz in Form von sogenannten Beads, Balls oder Pellets, welche durch Lyophilisieren (Gefriertrocknen) hergestellt werden können und insbesondere einen Durch- messer von 2 bis 5 mm aufweisen. Damit ist die Trockensubstanz oftmals größer als ein angrenzender Kanal der Flusszelle. In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die verformbare Wand abschnitts- weise konkav ausgebildet sein und einen Teil des Hohlraums umschließen, welcher insbesondere in Form eines Zylinders oder eines Kugelabschnitts ausgebildet ist.
Hierdurch kann ein größeres Volumen an Trockensubstanz nahe der verformbaren Wand angeordnet sein und durch die verformbare Wand beeinflusst werden. Zudem kann eine verhältnismäßig große Volumenänderung bei Bewegung der verformbaren Wand erreicht werden, was insbesondere die Möglichkeit bietet, das Totvolumen und damit Lufteinschlüsse zu minimieren und zudem einen Pump- Effekt zum Transport des zuführbaren Fluids zu realisieren. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Trockensubstanz an einer zu dem Hohlraum gewandten Innenseite der verformbaren Wand angeordnet sein, insbesondere an einem konkaven Abschnitt der verformbaren Wand. Weiter vorteilhaft kann die verformbare Wand die Trockensubstanz zumindest teilweise umschließen, um die Trockensubstanz reib- und/oder form- schlüssig zu halten. Dies ermöglicht es, die Trockensubstanz an einer definierten Position in der Flusszelle zu positionieren und erleichtert zudem die Herstellung der Flusszelle, wie nachfolgend noch beschrieben wird.
Das eingesetzte Element kann auf einer dem Hohlraum abgewandten Außenseite eine Aussparung aufweisen, welche beispielsweise zylinderförmig ausgebildet sein kann und vorzugsweise an die verformbare Wand angrenzt. Bei der Verwendung der Flusszelle können nachfolgend noch im Detail beschriebene Baugruppen in die Aussparung vorstehen, um die verformbare Wand zu bewegen und/oder auf die in dem Hohlraum angeordnete Trockensubstanz einzuwirken.
Das eingesetzte Element kann vorzugsweise einstückig insbesondere aus Silikon, thermoplastischem Elastomer (TPE) oder thermoplastischem Polyurethan (TPU) bestehen und insbesondere durch Spritzgießen gebildet sein. Dies ermöglicht eine kostengünstige Vorfertigung des später in die Flusszelle einzusetzenden Elements.
Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung der vorgenannten mikrofluidischen Flusszelle beschrieben, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Trocken- Substanz durch den Durchgang in die Hohlkammer eingebracht wird. Hierdurch kann bei der Herstellung die Flusszelle ohne Trockensubstanz weitestgehend fertig- gestellt werden bevor in einem letzten Schritt die Trockensubstanz eingebracht wird und der Durchgang mittels des eingesetzten Elements verschlossen wird.
Hierdurch kann insbesondere eine nachteilige Beeinflussung der Trockensubstanz während der Herstellung der Flusszelle ausgeschlossen werden.
Eine besonders einfache Herstellung kann dadurch erreicht werden, dass die Trockensubstanz zuerst mit dem einzusetzenden Element verbunden und anschließend zusammen mit dem Element in den Durchgang eingesetzt wird. Das einzusetzende Element schützt dabei die Trockensubstanz vor äußeren Einflüssen bis das Element mit der Trockensubstanz in die Flusszelle eingesetzt wird. Zudem kann das Einsetzen des Elements mit der Trockensubstanz besonders einfach maschinell erfolgen, da das einzusetzende Element eine definierte Form aufweist und gut auch maschinell gegriffen werden kann.
Besonders vorteilhaft kann die Trockensubstanz in dem einzusetzenden Element reib- und/oder formschlüssig gehalten werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die Trockensubstanz die verformbare Wand des einzusetzenden Elementes elastisch verformt. Wenn die Geometrie des einzusetzenden Elements und insbesondere die verformbare Wand derart an die Trockensubstanz angepasst ist, dass die Trockensubstanz hintergriffen wird, wird die Trockensubstanz auch form- schlüssig gehalten. Hierdurch kann das einzusetzende Element mit der Trocken- Substanz besonders einfach vorgefertigt und gelagert werden, wobei ein unbeabsichtigtes Lösen der Trockensubstanz von dem einzusetzenden Element vor der Montage an der Flusszelle ausgeschlossen ist.
Zusätzlich oder alternativ kann die Trockensubstanz beim Einsetzen in den Hohl- raum magnetisch und/oder elektrostatisch gehalten werden. Hierbei kann ein zusätzliches magnetisch wirksames Element vorgesehen sein, welches einen Permanentmagneten und/oder einen Elektromagneten umfasst.
Des Weiteren wird die Verwendung der vorgenannten mikrofluidischen Flusszelle zur Analyse einer Probe beansprucht, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die verformbare Wand bewegt wird, um die Trockensubstanz in einem in den Hohlraum zugeführten Fluid zu verteilen. Durch die verformbare Wand kann besonders einfach mechanische Kraft auf die Trockensubstanz und/oder das in dem Hohlraum angeordnete Fluid ausgewirkt werden, wodurch die Verteilung der Trockensubstanz in dem Fluid beschleunigt wird. Die verformbare Wand kann dabei auch in den Kanal vorstehend bewegt werden, wodurch sich der Kanal- querschnitt reduziert und die Verteilung der Trockensubstanz unterstützt wird. Alter- nativ oder zusätzlich kann die Trockensubstanz auch magnetisch wirksame Komponenten umfassen, welche durch die verformbare Wand magnetisch beaufschlagt werden, um die Trockensubstanz in einem zugeführten Fluid zu verteilen. Die magnetische Beaufschlagung einer Trockensubstanz in einer Fluss- zelle stellt unabhängig von dem Vorhandensein eines eingesetzten Elements und einer verformbaren Wand eine eigenständige Erfindung dar. Besonders vorteilhaft kann die verformbare Wand derart weit vorzugsweise elastisch bewegt werden, dass die Trockensubstanz gegen eine Wand der Fluss- zelle gedrückt und damit zerkleinert wird. Durch dieses mechanische Verkleinern der Trockensubstanz wird das Verteilen in dem zugeführten Fluid ebenfalls beschleunigt.
Die verformbare Wand kann nacheinander in unterschiedliche, vorzugsweise entgegengesetzte Richtungen bewegt werden, um das Volumen des Hohlraums abwechselnd zu vergrößern und zu verkleinern. Hierdurch kann ein Pump-Effekt erreicht werden, welcher das zugeführte Fluid innerhalb der Hohlkammer und dem mindestens einen angrenzenden Kanal bewegt, was zusätzlich die Verteilung der Trockensubstanz in dem Fluid beschleunigt. Besonders vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass erst nach einer Verkleinerung des Hohlraums durch die verformbare Wand das Fluid in den Hohlraum zugeführt wird. Hierdurch werden unnötige Toträume und damit beispielsweise Luftansamm- lungen innerhalb des Hohlraums vermieden. Das Zuführen des Fluids kann dabei durch elastische Rückstellung der verformbaren Wand und dem damit erzeugten Unterdrück in der Hohlkammer erreicht werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch auf der Außenseite der verformbaren Wand ein Unterdrück angelegt werden, welche die verformbare Wand zurückzieht.
Des Weiteren wird auch eine Analyseeinrichtung zur Analyse einer Probe mittels der vorgenannten mikrofluidischen Flusszelle beansprucht, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Betriebseinrichtung zur Bewegung der verformbaren Wand vorgesehen ist. Die Betriebseinrichtung kann dabei vorteilhaft einen beweg- liehen Stößel und/oder ein Rohr zur Anlage eines Unter- und/oder Überdrucks auf- weisen, um die verformbare Wand zu bewegen. Zudem kann die Analyse- einrichtung mindestens ein magnetisch wirksames Element umfassen, welches auf die Trockensubstanz einwirkt. So können beispielsweise magnetisch wirksame Komponenten wie Metallteile in der Trockensubstanz vorgesehen sein, welche magnetisch gehalten bzw. bewegt werden können, um die Trockensubstanz an einer bestimmten Stelle zu halten oder das Verteilen der Trockensubstanz in dem Fluid zu fördern. Die Analyseeinrichtung kann mindestens eine Zu- und/oder Ableitung zu bzw. von der Flusszelle für eine Probe und/oder mindestens einen Sensor zur Bestimmung des Orts eines Fluids bzw. einer Probe in der Flusszelle oder zur Analyse einer in der Flusszelle aufbereiteten Probe umfassen. Die Zu- und/oder Ableitung kann an die Flusszelle andrückbar sein, um eine hermetisch dichte Verbindung zu erzeugen. Es wird auf LU502668 verwiesen, deren Inhalt hiermit in diese Anmeldung aufgenommen wird. Dort sind weitere Ausführungsformen und Verwendungen der erfindungsgemäßen Flusszelle mit eingesetztem Element (dort bezeichnet als Reagent Plug, kurz RP) und beweglicher Wand (dort bezeichnet als flexible Wand, kurz FW) sowie einer entsprechenden Analyseeinrichtung gezeigt. Weitere Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgen- den Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Flusszelle mit einem eingesetzten Element und einer Trockensubstanz gemäß einer ersten Ausfüh- rungsform;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Flusszelle mit einem eingesetzten Element und einer Trockensubstanz gemäß einer zweiten Ausfüh- rungsform;
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Flusszelle mit einem eingesetzten Element ohne Trockensubstanz gemäß einer dritten Ausführungs- form;
Fig. 4 einen Längsschnitt durch die in Figur 3 gezeigte Flusszelle mit einer Trockensubstanz;
Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine Flusszelle mit einem eingesetzten Element und einer Trockensubstanz gemäß einer vierten Ausfüh- rungsform;
Fig. 6 einen Längsschnitt durch die Flusszelle von Fig. 5 mit einem zusätz- lichen Magneten;
Fig. 7 einen Längsschnitt durch die Flusszelle von Figur 5 mit einem zugeführten Fluid;
Fig. 8 einen Längsschnitt durch die Flusszelle von Figur 7 mit einer pneumatischen Betriebseinrichtung;
Fig. 9 einen Längsschnitt durch die Flusszelle von Figur 7 mit einer mecha- nischen Betriebseinrichtung;
Fig. 10 einen Längsschnitt durch die Flusszelle von Figur 1 mit einem zugeführten Fluid sowie einer Betriebseinrichtung in einer ersten Betätigungsstellung;
Fig. 1 1 einen Längsschnitt durch die Flusszelle von Figur 1 mit der Betriebs- einrichtung in einer zweiten Betätigungsstellung;
Fig. 12 einen Längsschnitt durch die Flusszelle von Figur 7 mit einer Betriebs- einrichtung und Fig. 13 die Abfolge von drei Schritten bei der Vorfertigung der Einheit aus einzusetzendem Element und Trockensubstanz.
In Figur 1 ist ein Längsschnitt durch eine Flusszelle 1 a mit einem eingesetzten Element 2a gemäß einer ersten Ausführungsform gezeigt. Die Flusszelle 1 a umfasst in bekannter Weise ein im Wesentlichen ebenes, flaches Substrat 3, dass auf seiner Unterseite durch eine Folie 4 abgedeckt ist. Die Folie 4 ist mit dem Substrat 3 vorzugsweise verschweißt oder verklebt. In dem Substrat 3 ist mindestens ein Kanal 5 vorgesehen, welcher durch die Folie 4 begrenzt wird. Eine derartige Flusszelle 1 a kann besonders einfach hergestellt werden, indem das Substrat vorzuweise aus Kunststoff spritzgegossen wird und anschließend der nach außen hin offene Kanal 5 mit der Folie 4 abgedeckt wird, um einen sicheren Zu- und Abtransport von Flüssigkeit innerhalb des Kanals 5 durch einen Zulauf und einen Ablauf zu ermög- lichen. Das Substrat 3 kann aus Kunststoff wie PP, PC, PMMA, COC, COP oder PS und das eingesetzte Element 2a aus einem thermoplastischen Elastomer die PU, TPE, Silikon oder auch umgekehrt gebildet sein. In einem nicht dargestellten Bereich des Substrats 3 kann ein Detektionsbereich für eine Analyse einer Mischung aus Probe und Trockensubstanz vorgesehen sein. Auf der der Folie 4 abgewandten Seite des Substrats 3 umfasst das Substrat 3 eine vorstehende, vorzugsweise ringförmige Buchse 6, durch welche hindurch ein nach außen offener Durchgang 7 in den Kanal 5 mündet. In den Durchgang 7 ist das Element 2a von außen eingesetzt, wobei ein seitlich vorstehender Ringbund 8a an der Buchse 6 ansteht und hierdurch eine Tiefenbegrenzung für das in die Buchse 6 eingesetzte Element 2a bildet. Zusätzlich oder alternativ kann auch ein Tiefen- anschlag am Durchgang realisiert werden. Durch das Element 2a wird vorzugs- weise ein Hohlraum 9 in dem Durchgang 7 begrenzt, welcher sich zudem in das eingesetzte Element 2a erstreckt, wo eine kugelförmige Trockensubstanz 10a angeordnet ist. Um den Hohlraum 9 in dem oberen Bereich herum ist auf einer Außenseite des eingesetzten Elementes 2a eine Ringnut 1 1 a vorgesehen, welche durch eine dünne Wand von dem Hohlraum 9 beabstandet ist. Die Kontur des eingesetzten Elements 2a ergibt dabei im gezeigten Längsschnitt grob eine W- Form. Die Wand 12a des eingesetzten Elementes 2a, welche an der Trocken- substanz 10 anliegt und diese umgibt, ist dabei verformbar ausgebildet, beispiels- weise aus einem elastischen Material wie Silikon, TPE oder TPU, wodurch die Trockensubstanz 10a besonders einfach von außen mit einer Kraft beaufschlagt werden kann. Die Wände des eingesetzten Elements 2a sind im Längsschnitt recht- winklig zueinander angeordnet. Im Querschnitt, welcher in Figur 1 horizontal verläuft, weist das eingesetzte Element 2a wie auch in den weiteren Figuren vorzugsweise eine kreisförmige, rotationssymmetrische Form auf.
Bei der Ausführungsform von Figur 1 und den nachfolgend beschriebenen weiteren Ausführungsformen können die Oberflächen des eingesetzten Elements, welche dem Hohlraum zugewandt sind, und/oder die Oberfläche des Kanals hydrophil modifiziert, beispielsweise nicht permanent durch Oberflächenakti- vierung mittels Plasmabehandlung, oder beschichtet (permanent, z.B. durch Plasmapolymerisation oder Beschichtung mit geeigneten Flüssigkeiten) sein, um das Einbringen von Proben und/oder das Rücklösen der Trockensubtanz zu unter- stützen. Die Vorbehandlung für hydrophile Oberflächeneigenschaften kann einen Kontaktwinkel zu Wasser < 60°, bevorzugt < 30° (nasschemisch, Plasmabehand- lung, Korona, Beschichtung mit glasartiger Schicht z.B. durch Plasmapolymeri- sation oder mit Metall z.B. mittels Druck oder Dünnschichttechnik) umfassen. Zudem kann die Fläche des eingesetzten Elements vorzugsweise fluchtend mit einer der Wände des Kanals ausgebildet sein.
In Figur 2 ist ein Längsschnitt durch eine Flusszelle 1 b mit einem eingesetzten Element 2b und einer Trockensubstanz 10b gemäß einer zweiten Ausführungsform gezeigt. Wie auch bei den nachfolgenden Figuren sind das Substrat 3 mit der
Buchse 6 sowie der Kanal 5 mit dem Durchgang 7 und die Folie 4 identisch ausgebildet, so dass die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. Wie sich aus dem Vergleich mit der Ausführungsform von Figur 1 ergibt, unterscheidet sich die in Figur 2 gezeigte Ausführungsform des eingesetzten Elementes 2b insbesondere dadurch, dass im Längsschnitt die verformbare Wand 12b, welche an der
Trockensubstanz 10b anliegt, gekrümmt, insbesondere kreisabschnittsförmig, ausgebildet ist und damit vollflächig an der kugelförmigen Trockensubstanz 10b anliegt. Um die Tiefe des eingesetzten Elements 2b in dem Durchgang 7 sicher- zustellen, umfasst das Element 2b ebenfalls einen seitlich vorstehenden Ringbund 8b. Eine entsprechende Ringnut 1 1 b ist gemäß dem gekrümmten Verlauf der verformbaren Wand 12b ausgebildet. Ergänzend ist noch eine Ringdichtung 13 gezeigt, welche an der dem Substrat 3 zugewandten Stirnseite des eingesetzten Elements 2b in einer Ringnut angeordnet ist und eine zuverlässige Abdichtung zwischen dem Substrat 3 und dem eingesetzten Element 2b ermöglicht. Eine derartige Ringdichtung kann auch bei den in den weiteren Figuren gezeigten
Ausführungsformen des eingesetzten Elements vorgesehen sein, auch wenn dies zur Vereinfachung nicht bei allen Figuren gezeigt ist. In den Figuren 3 und 4 ist jeweils ein Längsschnitt durch eine Flusszelle 1 c gemäß einer dritten Ausführungsform gezeigt, wobei in Figur 3 die Flusszelle 1 c mit einem eingesetzten Element 2c ohne Trockensubstanz und in Figur 4 mit Trockensubstanz 10c dargestellt ist. Wie sich aus dem Vergleich der Figuren 3 und 4 ergibt, ist die verformbare Wand 12c des Elements 2c ursprünglich eben ausgebildet und wird an der Außenseite durch eine zylinderförmige Aussparung 14 in dem eingesetzten Element 2c begrenzt. Die gezeigte Stellung der verformbaren Wand 12c entspricht dem Zustand, wenn eine zuvor vorhandene Trockensubstanz in einem zugeführten Fluid vollständig aufgelöst und durch den Kanal 5 abgeführt wurde. In Figur 4 ist hingegen die Flusszelle 1 c nach der Herstellung mit dem eingesetzten Element 2c und der in dem Hohlraum 9 angeordneten Trockensubstanz 12c gezeigt. Die Trockensubstanz 12c liegt dabei an der Folie 4 an und drückt gegen die verform- bare Wand 12c, welche sich in Richtung der Aussparung 14a nach außen vorzugs- weise elastisch wölbt. Durch diese Vorspannung wird das mechanische Zerkleinern der Trockensubstanz 10c durch eine zusätzlich von außen auf die verformbare
Wand 12c einwirkende Kraft erleichtert und das Totvolumen reduziert, wodurch auch weniger Fluid benötigt wird.
In den Figuren 5, 6 und 7 ist eine Flusszelle 1 d mit einem eingesetzten Element 2d und einer Trockensubstanz 10d in Form einer Vielzahl von Kügelchen gemäß einer vierten Ausführungsform gezeigt. Die einzelnen Kügelchen der Trockensubstanz 10d sind dabei magnetisch beeinflussbar, umfassen also entweder eine magne- tische Komponente, wie einen Permanentmagnet, oder eine magnetisierbare Komponente, wie beispielsweise ein Metall. Das eingesetzte Element 2d, welches identisch zu der in den Figuren 3 und 4 gezeigten Ausführungsform ausgebildet sein kann, hält dabei nach der Herstellung der Flusszelle 1 d entweder durch magnetische Kräfte oder auf andere Weise, z.B. durch Adhäsion oder einen lösbaren Klebstoff, die aus Kügelchen ausgebildete Trockensubstanz 10d an der verformbaren Wand 12d in dem hier nicht bezifferten Hohlraum 9. Dabei stehen auch einige der Kügelchen der Trockensubstanz 10d in den Kanal 5 vor, was beim späteren Verteilen und Lösen der Trockensubstanz 10b in einem zugeführten Fluid vorteilhaft ist.
In Figur 6 ist zusätzlich ein Magnet 15 gezeigt, welcher in die Aussparung 14b vorsteht und außen an der verformbaren Wand 12d gegenüberliegend der Trockensubstanz 10d anliegt. Durch den Magneten 15, welcher als Permanent- magnet oder Elektromagnet ausgebildet sein kann, kann eine magnetische Kraft auf die Trockensubstanz 10d bewirkt werden, insbesondere eine anziehende und/oder eine abstoßende Kraft. Hierdurch kann die Verteilung der Trocken- substanz 10d in einem zugeführten Fluid unterstützt werden und zudem können Komponenten der Trockensubstanz 10d, welche nicht in dem Fluid gelöst werden, durch den Magneten 15 wieder eingesammelt und gehalten werden. Der Magnet 15 kann hierbei zusätzlich gegen die verformbare Wand 12d gedrückt werden, um eine Bewegung der verformbaren Wand 12d und damit der Trockensubstanz 10d sowie eines zugeführten Fluids zu bewirken, wodurch das Verteilen der Trocken- substanz in dem Fluid zusätzlich unterstützt wird. Zudem wird durch eine in Richtung des Kanals verformte Wand 12d der Kanalquerschnitt reduziert, wodurch sich auch die magnetische Wirkung in dem Kanal 5 vergrößert.
In Figur 7 ist eine Möglichkeit gezeigt, die als Kügelchen ausgebildete Trocken- substanz 10d durch Bewegung eines in dem Kanal 5 angeordneten Fluids 16 zu verteilen bzw. zu lösen. Das Fluid 16 kann dabei vorzugsweise periodisch beispiels- weise durch einen abwechselnd an den Enden des Kanals 5 angelegten Über- druck hin- und herbewegt werden. Zusätzlich kann wie in Figur 7 gezeigt auch ein Magnet 15 vorgesehen sein, welcher magnetisch und gegebenenfalls durch Bewegung auf die Trockensubstanz 10d einwirkt. In den Figuren 8 und 9 ist die Flusszelle 1 d von Figur 7 im Längsschnitt mit unter- schiedlichen Betriebseinrichtungen gezeigt. Bei der in Figur 8 gezeigten Ausfüh- rungsform ist eine pneumatische Betriebseinrichtung 17a vorgesehen, welche dichtend an dem eingesetzten Element 2d, insbesondere an dem Ringbund 8d, anliegt und ausgebildet ist, in der Aussparung 14b einen Unter- und/oder Über- druck zu erzeugen. Dadurch, dass die Aussparung 14b über die pneumatische Betriebseinrichtung 17a luftdicht abgeschlossen ist, führt ein Über- und/oder Unter- drück zu der mittels Pfeil angedeuteten Bewegung der verformbaren Wand 12d, wodurch die als Kügelchen ausgebildete Trockensubstanz 10d besonders gut in dem Fluid 16 verteilt wird. Wird der Unter- und/oder Überdruck periodisch auf- gebracht, kann die verformbare Wand 12d und damit auch das Fluid 16 in Schwingung versetzt werden, was die Verteilung der Trockensubstanz 10d zusätz- lich unterstützt.
In Figur 9 ist eine mechanische Betriebseinrichtung 17b vorgesehen, welche beispielsweise als Stößel ausgebildet ist und in die Aussparung 14b vorstehend an der verformbaren Wandel 12d anliegt. Bei einer Bewegung der mechanischen Betriebseinrichtung 17b in Richtung der verformbaren Wand 12d wird die verform- bare Wand 12d ausgelenkt und hierdurch ebenfalls eine Bewegung auf die Trockensubstanz 10d sowie das Fluid 16 übertragen. Die Bewegung der mecha- nischen Betriebseinrichtung 17b kann ebenfalls periodisch erfolgen, um die Verteilung der Trockensubstanz 10d in dem Fluid 16 zusätzlich zu unterstützen. In den Figuren 10 und 1 1 ist die Flusszelle 1 a von Figur 1 mit einem zugeführten Fluid sowie einer Betriebseinrichtung 17c in unterschiedlichen Betätigungsstellungen gezeigt. Bei der in Figur 10 gezeigten Betätigungsstellung ist die hier schematisch dargestellte Betriebseinrichtung 17c, bei welcher es sich um eine pneumatische oder mechanische Betriebseinrichtung handeln kann, vorgesehen, um die verformbare Wand 12a in Richtung der Trockensubstanz 10a zu beaufschlagen.
Hierbei ist die verformbare Wand 12a sowie die ursprünglich kugelförmige Trocken- substanz 10a bereits verformt. Ab einem bestimmten Grad der Verformung zerbricht die Trockensubstanz 10a in mehrere kleine Teile, welche sich besonders gut in dem Fluid 16 verteilen bzw. auflösen. Dieser Zustand ist in Figur 1 1 gezeigt, wobei die verformbare Wand 12a vollständig den Durchgang 7 und den Hohl- raum 9 ausfüllt, sodass nur der Kanal 5 mit dem darin angeordneten Fluid 16 verbleibt und die Trockensubstanz 10a vollständig in dem Fluid 16 verteilt bzw. aufgelöst ist. In Figur 12 ist ein Längsschnitt durch die Flusszelle von Figur 7 mit einer Betriebs- einrichtung 17d gezeigt. Wie dort zu entnehmen ist, steht an das eingesetzte Element 2b, insbesondere an den Ringbund 8d, ein hier nur abschnittsweise gezeigtes Rohr 18 dichtend an, durch welches ein Unter- und/oder Überdruck in die Aussparung 14d eingebracht werden kann, um die verformbare Wand 12d wie zuvor beschrieben zu bewegen. Zusätzlich ist in dem Rohr 18 ein beispielsweise stabförmiger Magnet 19 vorzugsweise konzentrisch vorgesehen, welcher in die Aussparung 14b hineinragt und an der Außenseite der verformbaren Wand 12d anliegt. Hierdurch können magnetische Komponenten der Trockensubstanz 10d gehalten und zudem über den in das Rohr 18 einbringbaren Unter- und/oder Überdruck bewegt werden.
In Figur 13 ist die Abfolge von drei Schritten bei der Vorfertigung einer Einheit aus einzusetzendem Element, hier am Beispiel des einzusetzenden Elementes 2b, und der Trockensubstanz, hier am Beispiel der Trockensubstanz 10b, gezeigt. Wie der linken Darstellung zu entnehmen ist, wird dabei in einem ersten Schritt die Trocken- substanz 10b in den Hohlraum 9 innerhalb des Elements 2b eingesetzt und dort vorzugsweise formschlüssig und/oder reibschlüssig gehalten. Eine derart vor- gefertigte Einheit ist der mittleren Abbildung zu entnehmen, welche auch problemlos gelagert werden kann. In der rechten Abbildung ist der letzte Schritt gezeigt, in welchem die vorgefertigte Einheit in den Durchgang 7 innerhalb der Buchse 6 der Flusszelle eingesetzt wird. Durch diese Vorfertigung kann insbesondere auch eine Kontamination der Trockensubstanz 10b und mecha- nischer Stress während der Lagerung und dem Transport zuverlässig verhindert werden, da die Trockensubstanz 10b nicht direkt, sondern ausschließlich über das Element 2b gegriffen und gehalten wird.
Die in den verschiedenen Figuren gezeigten Ausführungsformen lassen sich ohne Weiteres kombinieren. Beispielsweise können die verschiedenen Betriebseinrich- tungen auch an den übrigen eingesetzten Elementen vorgesehen werden. Die verschiedenen eingesetzten Elemente und die unterschiedlichen Betriebseinrich- tungen können folglich in jeder Variation kombiniert werden.
Bezugszeichenliste: 1 a, 1 b, 1 c, 1 d Flusszelle
2a, 2b, 2c, 2d Eingesetztes Element
3 Substrat
4 Folie
5 Kanal
6 Buchse
7 Durchgang
8a, 8b, 8c, 8d Ringbund
9 Hohlraum
10a, 10b, 10c, 10d Trockensubstanz
1 1 a, 1 1 b Ringnut
12a, 12b, 12c, 12d Wand
13 Ringdichtung
14a, 14b Aussparung
15 Magnet
16 Fluid
17a, 17b, 17c, 17d Betriebseinrichtung
18 Rohr
19 Magnet

Claims

Patentansprüche:
1. Mikrofluidische Flusszelle (1 a; 1 b; 1 c; 1 d), mit einer innerhalb der Flusszelle (1 a; 1 b; 1 c; 1 d) in einem Hohlraum (9) angeordneten Trockensubstanz ( 10a; 10b; 10c; 10d) zur Wechselwirkung mit einem dem Hohlraum (9) zuführbaren Fluid (16), dadurch gekennzeichnet, dass in den Hohlraum (9) ein Durchgang (7) mündet und ein in dem Durch- gang (7) eingesetztes Element (2a; 2b; 2c; 2d) mit einer verformbaren Wand (12a; 12b; 12c; 12d) den Hohlraum (9) begrenzt.
2. Flusszelle (1 a; 1 b) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die verformbare Wand (12a; 12b) zumindest abschnittsweise konkav ausgebildet ist und zumindest einen Teil des Hohlraums (9) umschließt.
3. Flusszelle (1 a; 1 b) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die verformbare Wand (12a; 12b) einen Teil des Hohlraums (9) umschließt, welcher insbesondere in Form eines Zylinders oder eines Kugel- abschnitts ausgebildet ist.
4. Flusszelle (1 a; 1 b; 1 c; 1 d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trockensubstanz (10a; 10b; 10c; 10d) an einer zu dem Hohlraum (9) gewandten Innenseite der verformbaren Wand (12a; 12b; 12c; 12d) angeordnet ist, insbesondere an einem konkaven Abschnitt der verform- baren Wand (12a; 12b).
5, Flusszelle (1 a; 1 b) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die verformbare Wand (12a; 12b) die Trockensubstanz (10a; 10b) zumindest teilweise umschließt.
6. Flusszelle (1 a; 1 b; 1 c; 1 d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eingesetzte Element (2a; 2b; 2c; 2d) auf einer dem Hohlraum (9) abgewandten Seite eine Aussparung (14a; 14b) aufweist, welche insbesondere zylinderförmig ausgebildet ist.
7. Flusszelle (1 a; 1 b; 1 c; 1 d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eingesetzte Element (2a; 2b; 2c; 2d) aus Silikon, TPE, TPU besteht und insbesondere durch Spritzgießen gebildet ist.
8. Verfahren zur Herstellung einer mikrofluidischen Flusszelle (1 a; 1 b; 1 c; 1 d) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trockensubstanz (10a; 10b; 10c; 10d) durch den Durchgang (7) in den Hohlraum (9) eingebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trockensubstanz ( 10a; 10b; 10c; 10d) zuerst mit dem Element (2a;
2b; 2c, 2d) verbunden und anschließend zusammen mit dem Element (2a; 2b; 2c, 2d) in den Durchgang (7) eingesetzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trockensubstanz (10a; 10b; 10c; 10d) in dem Element (2a; 2b; 2c, 2d) reib- und/oder formschlüssig gehalten wird.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trockensubstanz (10a; 10b; 10c; 10d) beim Einsetzen in den Hohl- raum (9) magnetisch und/oder elektrostatisch gehalten wird.
12. Verwendung einer mikrofluidischen Flusszelle ( 1 a; 1 b; 1 c; 1 d) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Analyse einer Probe, dadurch kennzeichnet, dass die verformbare Wand ( 12a; 12b; 12c; 12d) bewegt wird, um die Trockensubstanz (10a; 10b; 10c; 10d) in einem dem Hohlraum (9) zugeführten Fluid (16) zu verteilen.
13. Verwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die verformbare Wand ( 12a; 12b; 12c; 12d) derart weit bewegt wird, dass die Trockensubstanz (10a; 10b; 10c; 10d) gegen eine Wand (4) der Fluss- zelle (1 a, 1 b; 1 c; 1 d) gedrückt und damit zerkleinert wird.
14. Verwendung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die verformbare Wand (12a; 12b; 12c; 12d) nacheinander in unter- schiedliche Richtungen bewegt wird, um das Volumen des Hohlraums (9) abwechselnd zu vergrößern und zu verkleinern.
15. Verwendung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass erst nach einer Verkleinerung des Hohlraums (9) durch die verformbare Wand (12a; 12b; 12c; 12d) das Fluid (16) in den Hohlraum (9) zugeführt wird.
16. Analyseeinrichtung zur Analyse einer Probe mittels einer mikrofluidischen Flusszelle (1 a; 1 b; 1 c; 1 d) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Betriebseinrichtung (17a; 17b; 17c; 17d) zur Bewegung der verform- baren Wand (12a; 12b; 12c; 12d).
17. Analyseeinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebseinrichtung (17a; 17b; 17c; 17d) einen beweglichen Stößel
( 17b; 17c; 19) und/oder ein Rohr ( 18) zur Anlage eines Unter- und/oder Über- drucks aufweist, um die verformbare Wand ( 12a; 12b; 12c; 12d) zu bewegen.
18. Analyseeinrichtung nach Anspruch 16 oder 17, gekennzeichnet durch ein magnetisch wirksames Element (19), welches auf die Trockensubstanz (10a; 10b; 10c; 10d) einwirkt.
PCT/EP2023/072611 2022-08-17 2023-08-16 Mikrofluidische flusszelle, herstellungsverfahren, verwendung und analyseeinrichtung WO2024038109A1 (de)

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