DE102015205906A1 - Storage unit, method for producing a storage unit and method for releasing a stored in a storage unit fluid - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Bevorratungseinheit (100) zum Bevorraten von einem Fluid (120), wobei die Bevorratungseinheit (100) eine Gehäuseeinheit (107), die eine Kavität (115) zum Aufnehmen des Fluids (120) aufweist. Ferner umfasst die Bevorratungseinheit (100) eine Verschlussmembran (125), die ausgebildet und/oder angeordnet ist, um ein Fluid (120) in der Kavität (115) fluiddicht in der Kavität (115) einzuschließen. Auch umfasst die Bevorratungseinheit (100) eine Einlassöffnung (130) in einer Wand der Gehäuseeinheit (107) zum Einleiten eines Förderfluids (135) und Ausüben eines pneumatischen und/oder hydraulischen Drucks durch das Förderfluid (135) auf die Verschlussmembran (125), wobei die Verschlussmembran (125) die Einlassöffnung (130) fluidisch von der Kavität (115) trennt. Schließlich umfasst die Bevorratungseinheit (100) ein Öffnungselement (148) zum Öffnen der Verschlussmembran (125) bei Beaufschlagung der Verschlussmembran (125) mit dem pneumatischen und/oder hydraulischen Druck, wobei das Öffnungselement (148) auf einer der Einlassöffnung (130) gegenüberliegenden Seite der Verschlussmembran (125) angeordnet ist.The invention relates to a storage unit (100) for storing a fluid (120), wherein the storage unit (100) has a housing unit (107) having a cavity (115) for receiving the fluid (120). Furthermore, the storage unit (100) comprises a closure membrane (125) which is formed and / or arranged to include a fluid (120) in the cavity (115) in a fluid-tight manner in the cavity (115). Also, the storage unit (100) includes an inlet opening (130) in a wall of the housing unit (107) for introducing a delivery fluid (135) and applying a pneumatic and / or hydraulic pressure through the delivery fluid (135) to the closure membrane (125) the closure membrane (125) fluidly separates the inlet opening (130) from the cavity (115). Finally, the storage unit (100) comprises an opening element (148) for opening the closure membrane (125) upon loading the closure membrane (125) with the pneumatic and / or hydraulic pressure, wherein the opening element (148) on a side opposite the inlet opening (130) the closure membrane (125) is arranged.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einer Bevorratungseinheit, einem Verfahren zur Herstellung einer Bevorratungseinheit sowie einem Verfahren zum Freisetzen eines in einer Bevorratungseinheit gelagerten Fluids nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch Computerprogramm.The invention is based on a storage unit, a method for producing a storage unit and a method for releasing a stored in a storage unit fluid according to the class of the independent claims. The subject of the present invention is also computer program.
Vielfach werden mittlerweile moderne mikrofluidische Vorrichtungen für verschiedenste Zwecke verwendet, bei denen Flüssigkeiten auf einem Chip bereitgestellt oder transportiert werden müssen. Solche mikrofluidischen Vorrichtungen können beispielsweise bei sogenannten Lab-on-a-Chip-Systemen (LOCs) Anwendung finden, in denen die gesamte Funktionalität eines makroskopischen Labors auf einem beispielsweise Kreditkarten-großen Kunststoffsubstrat untergebracht wird und komplexe biologische, diagnostische, chemische oder physikalische Prozesse miniaturisiert ablaufen können.In many cases, modern microfluidic devices are now used for a variety of purposes, in which liquids must be provided or transported on a chip. Such microfluidic devices can be used, for example, in so-called lab-on-a-chip systems (LOCs), in which the entire functionality of a macroscopic laboratory is accommodated on, for example, a credit card-sized plastic substrate and miniaturizes complex biological, diagnostic, chemical or physical processes can expire.
In vielen Fällen bestehen LOC-Systeme aus polymerbasierten Mehrschichtaufbauten. Dieser Aufbau kann aus zwei Polymersubstraten, die Kavitäten in Form von Kammern und Kanälen beinhalten, bestehen. Zwischen den Polymersubstraten befindet sich eine flexible Polymermembran, die mithilfe von unterschiedlichen pneumatischen Druckniveaus in den angrenzenden Kavitäten ausgelenkt werden kann. Außerhalb der Kavitäten ist die Membran fest mit den angrenzenden Polymersubstraten (Deckel und Substrat) verbunden. Beispielsweise kann sich die flexible Membran durch das Anlegen von Druckluft in der ganzen Kammer ausbreiten und damit beispielsweise Flüssigkeiten verdrängen. Damit können Flüssigkeiten auf einem LOC-System über Kanäle von Kammer zu Kammer transportiert und Reservoire bzw. Kammern nahezu vollständig entleert werden. Mit dem gleichen Prinzip können auch pneumatisch gesteuerte Membranventile geöffnet oder geschlossen werden. In
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Bevorratungseinheit, ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Bevorratungseinheit, weiterhin ein Verfahren zum Freisetzen eines in einer Bevorratungseinheit gelagerten Fluids und eine Vorrichtung, die dieses Verfahren verwendet sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.Against this background, a storage unit, a method for producing such a storage unit, a method for releasing a fluid stored in a storage unit and a device using this method, and finally a corresponding computer program according to the main claims are presented with the approach presented here. The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the independent claim device are possible.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft eine Bevorratungseinheit zum Bevorraten von einem Fluid in einem Analysesystem, wobei die Bevorratungseinheit die folgenden Merkmale aufweist:
- – eine Gehäuseeinheit, die eine Kavität zum Aufnehmen des Fluids aufweist;
- – eine Verschlussmembran, die ausgebildet und/oder angeordnet ist, um ein Fluid in der Kavität fluiddicht in der Kavität einzuschließen;
- – eine Einlassöffnung in einer Wand der Gehäuseeinheit zum Einleiten eines Förderfluids und Ausüben eines pneumatischen und/oder hydraulischen Drucks durch das Förderfluid auf die Verschlussmembran, wobei die Verschlussmembran die Einlassöffnung fluidisch von der Kavität trennt; und
- – ein Öffnungselement zum Öffnen der Verschlussmembran bei Beaufschlagung der Verschlussmembran mit dem pneumatischen und/oder hydraulischen Druck, wobei das Öffnungselement auf einer der Einlassöffnung gegenüberliegenden Seite der Verschlussmembran angeordnet ist.
- - A housing unit having a cavity for receiving the fluid;
- A closure membrane which is formed and / or arranged to fluidly close a fluid in the cavity in the cavity;
- An inlet opening in a wall of the housing unit for introducing a delivery fluid and applying a pneumatic and / or hydraulic pressure through the delivery fluid to the closure membrane, the closure membrane fluidly separating the inlet port from the cavity; and
- - An opening element for opening the closure membrane upon exposure of the closure membrane with the pneumatic and / or hydraulic pressure, wherein the opening element is arranged on a side opposite the inlet opening side of the closure membrane.
Unter einem Fluid kann beispielsweise eine Flüssigkeit wie wässrige Lösungen, salzige Lösungen, Detergentien, Alkohol oder eine Säure verstanden werden, die für eine Reaktion im Analysesystem erforderlich ist. Das Fluid soll dabei beispielsweise zu einem bestimmten Zeitpunkt steuerbar freigesetzt werden können. Bei der Gehäuseeinheit kann es sich beispielsweise um einen Kunststoffelement (beispielsweise Thermoplaste wie PC, COP, COC, PP, PE, PET, ABS) handeln. Die Gehäuseeinheit ist beispielsweise aus mehreren Teilen zusammengesetzt oder zusammensetzbar. Unter einer Kavität kann beispielsweise ein Hohlraum oder eine Ausnehmung in der Gehäuseeinheit verstanden werden, die zur Aufnahme des Fluids vorgesehen ist. Unter einer Verschlussmembran kann beispielsweise eine Folie (beispielsweise eine Barrierefolie, Siegelfolie oder Polymerverbundfolie) verstanden werden, die ein in der Kavität gelagertes Fluid fluiddicht einschließt. Unter einer Einlassöffnung kann eine Öffnung in der Wand verstanden werden, durch welche ein (weiteres) Fluid in der Form des Förderfluids in das Innere der Bevorratungseinheit eingeleitet werden kann. Unter einem solchen Förderfluid kann beispielsweise ein Gas, wie vorzugsweise (Druck-)Luft oder eine Flüssigkeit eingeleitet werden. Unter einem Öffnungselement kann vorwiegend ein Vorsprung verstanden werden, der zum Öffnen oder zum Zerreißen der Verschlussmembran vorgesehen ist, wenn die Verschlussmembran unter Einwirkung des Förderfluids direkt oder indirekt auf diesen Vorsprung gedrückt wird. Hierzu kann der Vorsprung vorteilhafterweise Spitzen oder Kanten aufweisen, um ein definiertes Zerreißen der Verschlussmembran unter bestimmten Bedingungen sicherzustellen.For example, a fluid can be understood to mean a liquid such as aqueous solutions, saline solutions, detergents, alcohol or an acid required for a reaction in the analytical system. The fluid should be able to be released, for example, controllable at a certain time. The housing unit may be, for example, a plastic element (for example thermoplastics such as PC, COP, COC, PP, PE, PET, ABS). The housing unit is composed for example of several parts or composable. A cavity may, for example, be understood to mean a cavity or a recess in the housing unit which is provided for receiving the fluid. A closure membrane may, for example, be understood to mean a film (for example a barrier film, sealing film or polymer composite film) which encloses a fluid stored in the cavity in a fluid-tight manner. An inlet opening may be understood to mean an opening in the wall through which a (further) fluid in the form of the delivery fluid can be introduced into the interior of the storage unit. Under such a conveying fluid, for example, a gas, such as preferably (compressed) air or a liquid be initiated. An opening element can be understood to mean predominantly a projection which is provided for opening or tearing the closure membrane when the closure membrane is pressed directly or indirectly onto this projection under the action of the conveying fluid. For this purpose, the projection may advantageously have points or edges to ensure a defined rupture of the closure membrane under certain conditions.
Der vorliegende Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass sehr präzise und genau zu einem bestimmten Zeitpunkt das Fluid in der Kavität freigesetzt werden kann, wenn ein Förderfluid durch die Einlassöffnung in der Wand der Gehäuseeinheit eingeleitet wird. In diesem Fall wird bewirkt, dass durch die mechanische Kopplung der Elemente der Bevorratungseinheit zeitnah die Verschlussmembran zerreißt und das in der Kavität gelagerte Fluid freigesetzt werden kann. Der hier vorgestellte Ansatz bietet den Vorteil, dass durch die sehr präzise Steuerung eines Förderfluids sehr einfach und präzise die gewünschte Menge des Fluids aus der Kavität freigegeben werden kann und für die Reaktion im Analysesystem dann zur Verfügung steht. Dies wiederum ermöglicht, eine gewünschte Reaktion mit bestimmten Reaktionsparametern präzise und steuerbar zu bewirken, sodass eine geringe Ausfallwahrscheinlichkeit des Analysesystems zu befürchten ist. Zugleich lässt sich die hier vorgestellte Bevorratungseinheit technisch sehr einfach und somit kostengünstig realisieren. Zusätzlich lassen sich Reagenzien langzeitstabil auf dem LOC-System lagern.The present approach is based on the recognition that the fluid in the cavity can be released very precisely and precisely at a certain time when a delivery fluid is introduced through the inlet opening in the wall of the housing unit. In this case, the mechanical coupling of the elements of the storage unit causes the closure membrane to be torn in a timely manner and the fluid stored in the cavity to be released. The approach presented here has the advantage that the very precise control of a delivery fluid allows the desired amount of fluid to be released from the cavity in a very simple and precise manner and is then available for the reaction in the analysis system. This in turn makes it possible to effect a desired reaction with specific reaction parameters precisely and controllably, so that a low probability of failure of the analysis system is to be feared. At the same time, the storage unit presented here can be realized very technically very simply and thus cost-effectively. In addition, reagents can be stored long-term stable on the LOC system.
Günstig ist eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der das Öffnungselement eine in Richtung der Verschlussmembran sich verjüngende Struktur aufweist, insbesondere wobei das Öffnungselement an einem der Verschlussmembran gegenüberliegenden Seite einen Trennabschnitt zum Trennen der Verschlussmembran aufweist. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil einer präzisen Öffnung der Verschlussmembran bei Einleiten eines bestimmten Volumens des Förderfluids durch die Einlassöffnung.An embodiment of the approach presented here is expedient in which the opening element has a structure that tapers in the direction of the closure membrane, in particular wherein the opening element has a separating section for separating the closure membrane on an opposite side from the closure membrane. Such an embodiment of the approach presented here offers the advantage of a precise opening of the closure membrane upon introduction of a certain volume of the delivery fluid through the inlet opening.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes kann das Öffnungselement zumindest teilweise aus dem Material der Gehäuseeinheit, insbesondere einstückig mit einem Teil der Gehäuseeinheit hergestellt sein und/oder das Öffnungselement zumindest teilweise ein Metall aufweisen. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil einer technisch sehr einfachen Herstellung des Öffnungselements bei zugleich zur Sicherheit der gewünschten Funktion dieses Öffnungselements.According to a further embodiment of the approach presented here, the opening element may be at least partially made of the material of the housing unit, in particular in one piece with a part of the housing unit and / or the opening element at least partially comprise a metal. Such an embodiment of the approach presented here offers the advantage of a technically very simple production of the opening element at the same time for the safety of the desired function of this opening element.
Besonders einfach und präzise lässt sich die Verschlussmembran öffnen, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes das Öffnungselement in einem der Verschlussmembran gegenüberliegenden Bereich eine linienförmige Schneide aufweist.The closure membrane can be opened particularly simply and precisely if, according to a further embodiment of the approach presented here, the opening element has a line-shaped cutting edge in an area opposite the closure membrane.
Denkbar ist auch eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei dem das Öffnungselement als Hohlnadel ausgebildet ist, insbesondere um bei einem Einsatz der Bevorratungsvorrichtung bei einem Öffnen der Verschlussmembran einen Kontakt des Förderfluids mit einem in der Kavität gelagerten Fluid zu ermöglichen. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet die Möglichkeit einer besonders guten Führung des Förderfluids und somit eines vorteilhaften Austreibens des Fluids aus der Kavität.Also conceivable is an embodiment of the approach presented here in which the opening element is designed as a hollow needle, in particular in order to enable contact of the delivery fluid with a fluid stored in the cavity when the storage device is used when the closure membrane is opened. Such an embodiment of the approach presented here offers the possibility of particularly good guidance of the delivery fluid and thus advantageous expelling of the fluid from the cavity.
Auch kann gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes das Öffnungselement sich von einem im Wesentlichen ebenen Bodenbereich in Richtung der Verschlussmembran hin erstrecken. Unter einem ebenen Bodenbereich kann beispielsweise ein Bereich des Bodens der Kavität verstanden werden, bei dem auf gegenüberliegenden Seiten des Öffnungselement der Boden der Kavität oder Ausnehmung eine im Wesentlichen gleiche Tiefe in Bezug auf ein der Verschlussmembran gegenüberliegendes Ende des Öffnungselements aufweist. Beispielsweise sollte die Tiefe der Kavität oder Ausnehmung um nicht mehr als 10% auf beiden gegenüberliegenden Seiten des Öffnungselements abweichen.Also, according to a further embodiment of the approach presented here, the opening element may extend from a substantially planar bottom area in the direction of the closure membrane. A flat bottom region may, for example, be understood to mean a region of the bottom of the cavity in which the bottom of the cavity or recess has a substantially equal depth with respect to an end of the opening element opposite the closure membrane on opposite sides of the opening element. For example, the depth of the cavity or recess should not deviate by more than 10% on both opposite sides of the opening element.
Auch kann gemäß einer weiteren Ausführungsform das Öffnungselement einem Rand der Kavität bilden. Hierdurch wird ein sehr einfaches und störungsfreies Ausleiten des Fluids aus der Kavität ermöglicht.Also, according to a further embodiment, the opening element form an edge of the cavity. This allows a very simple and trouble-free discharge of the fluid from the cavity.
Besonders einfach kann das in der Kavität gelagerte Fluid freigesetzt werden, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes die Verschlussmembran durch das Öffnungselement vorgespannt ist.The fluid stored in the cavity can be released in a particularly simple manner if, according to a further embodiment of the approach presented here, the closure membrane is prestressed by the opening element.
Technisch besonders einfach herstellen lässt sich eine Bevorratungseinheit dann, wenn gemäß einer Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes die Gehäuseeinheit eine Fluidaufnahmeteileinheit und eine Deckeleinheit aufweist, wobei die Fluidaufnahmeeinheit die mit der Verschlussmembran verschließbare und/oder verschlossene Kavität umfasst und wobei die Deckeleinheit die Einlassöffnung aufweist. Dabei kann die Fluidaufnahmeteileinheit und die Deckeleinheit je eine Komponente der Gehäuseeinheit bilden, die in einem finalen Herstellungsschritt zusammengefügt werden.A storage unit can be produced particularly technically particularly simply if, according to one embodiment of the approach presented here, the housing unit has a fluid receiving part unit and a lid unit, wherein the fluid receiving unit comprises the cavity which can be closed and / or closed with the closing membrane and wherein the lid unit has the inlet opening. In this case, the fluid receiving subunit and the lid unit can each form a component of the housing unit, which are assembled in a final manufacturing step.
Besonders günstig ist eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der eine Druckmembran vorgesehen ist, die zwischen der Einlassöffnung und der Verschlussmembran angeordnet ist, und die gegenüber der Verschlussmembran reißfester ausgestaltet ist. Dabei kann die Druckmembran ausgebildet sein, um einem pneumatischen und/oder hydraulischen Druck durch das über die Einlassöffnung zuzuführende Förderfluid standzuhalten. Unter einer solchen Druckmembran kann eine Folie (beispielsweise aus einem thermoplastischen Elastomer wie TPU, TPS, TPV...) verstanden werden, die mechanisch sehr belastbar ist und durch einen zu erwartenden pneumatischen und/oder hydraulischen Druck durch das Förderfluid gewöhnlich nicht bersten wird. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, eine Trennung zwischen dem Förderfluid und dem Fluid beim Freisetzen des Fluids aus der Kavität sicherstellen zu können. Hierdurch wird eine Verunreinigung des Fluids vermieden. Zugleich kann ein vollständiges Austreiben des gesamten in der Kavität befindlichen Volumens des Fluids mit technisch einfachen Mitteln sichergestellt. Dabei kann günstigerweise die Druckmembran für das in der Kavität gelagerte oder zu lagernde Fluid fluiddicht ausgestaltet ist. Particularly favorable is an embodiment of the approach presented here, in which a pressure membrane is provided, which is arranged between the inlet opening and the closure membrane, and which is designed tear-resistant with respect to the closure membrane. In this case, the pressure membrane can be designed to withstand a pneumatic and / or hydraulic pressure through the delivery fluid to be supplied via the inlet opening. Under such a pressure membrane, a film (for example, from a thermoplastic elastomer such as TPU, TPS, TPV ...) are understood, which is mechanically very resilient and usually will not burst by an expected pneumatic and / or hydraulic pressure by the conveying fluid. Such an embodiment offers the advantage of being able to ensure separation between the delivery fluid and the fluid upon release of the fluid from the cavity. As a result, contamination of the fluid is avoided. At the same time a complete expulsion of the entire volume of the fluid in the cavity can be ensured with technically simple means. In this case, the pressure membrane for the fluid stored or to be stored in the cavity can be designed to be fluid-tight.
Besonders zuverlässig kann das Zerreißen oder Bersten der Druckmembran an dem Öffnungselement verhindert werden, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes die Druckmembran an einem Befestigungsabschnitt an der Gehäuseeinheit befestigt ist, wobei zumindest zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Befestigungsabschnitts angeordnete Teilabschnitte der Druckmembran bei einem Einströmen des Förderfluids durch die Einlassöffnung in Richtung der Verschlussmembran beweglich sind.Particularly reliably, the rupture or rupture of the pressure membrane can be prevented at the opening element, according to a further embodiment of the approach presented here, the pressure membrane is attached to a mounting portion on the housing unit, wherein at least two arranged on opposite sides of the mounting portion sections of the pressure membrane at an influx of the conveying fluid are movable through the inlet opening in the direction of the closing membrane.
Sehr sicher und gegebenenfalls unter Einwirkung der Schwerkraft lässt sich das Fluid aus der Kavität ausleiten, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes eine Auslassöffnung zum Freigeben des in der Kavität speicherbaren oder gespeicherten Fluids vorgesehen ist, wobei die Auslassöffnung in einem Bereich der Befestigung der Verschlussmembran an einem Teil der Gehäuseeinheit vorgesehen ist.Very safely and optionally under the action of gravity, the fluid can be discharged out of the cavity if, according to a further embodiment of the approach presented here, an outlet opening is provided for releasing the fluid storable or stored in the cavity, the outlet opening being in an area of attachment of the Shutter membrane is provided on a part of the housing unit.
Von Vorteil ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes als Verfahren zum Herstellen einer Bevorratungseinheit gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei für das Verfahren Komponenten der Gehäuseeinheit bereitgestellt werden, wobei zumindest eine Komponente der Gehäuseeinheit die Kavität und das Öffnungselement und eine Komponente der Gehäuseeinheit die Einlassöffnung aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist;
- – Einfüllen des Fluids in die Kavität der Komponente der Gehäuseeinheit;
- – Fluiddichtes Verschließen der Kavität in der Komponente der Gehäuseeinheit mit der Verschlussmembran; und
- – Zusammenfügen der Komponenten der Gehäuseeinheit, um die Bevorratungseinheit herzustellen.
- - filling the fluid into the cavity of the component of the housing unit;
- - Fluid-tight closing of the cavity in the component of the housing unit with the closure membrane; and
- - Assemble the components of the housing unit to produce the storage unit.
Durch ein solches Verfahren zum Herstellen der Bevorratungseinheit lässt sich diese Bevorratungseinheit sehr kostengünstig herstellen, wobei dennoch eine präzise Funktion dieser Bevorratungseinheit, also ein steuerbares Freisetzen des in der Bevorratungseinheit gelagerten Fluids möglich wird.By means of such a method for producing the storage unit, this storage unit can be produced very inexpensively, whereby nevertheless a precise function of this storage unit, ie a controllable release of the fluid stored in the storage unit, becomes possible.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes kann auch ein Verfahren zum Freisetzen eines in einer bereitgestellten Bevorratungseinheit gemäß einer hier vorgestellten Ausführungsform gelagerten Fluids vorgesehen sein, wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist:
- – Einleiten eines Förderfluids in die Einlassöffnung, um die Verschlussmembran durch pneumatischen und/oder hydraulischen Druck an das Öffnungselement zu drücken und hierdurch die Verschlussmembran zu öffnen, um das Fluid n der Kavität freizusetzen.
- Introducing a delivery fluid into the inlet port to force the closure membrane to the port member by pneumatic and / or hydraulic pressure and thereby open the obturator diaphragm to release the fluid n of the cavity.
Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet ebenfalls den Vorteil einer besonders präzisen und steuerbaren Freisetzung des Fluids in der Bevorratungseinheit.Such an embodiment of the approach proposed here also offers the advantage of a particularly precise and controllable release of the fluid in the storage unit.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes kann ein Schritt des Absaugens des Fluids durch einen Auslasskanal der Bevorratungseinheit erfolgen.According to a particular embodiment of the approach presented here, a step of sucking off the fluid can take place through an outlet channel of the storage unit.
Diese Verfahren können beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.These methods can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control unit.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.The approach presented here also creates a device that is designed to perform the steps of a variant of a method presented here in appropriate facilities to drive or implement. Also by this embodiment of the invention in the form of a device, the object underlying the invention can be solved quickly and efficiently.
Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.In the present case, a device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon. The device may have an interface, which may be formed in hardware and / or software. In a hardware training, the For example, interfaces may be part of a so-called system ASIC that incorporates various functions of the device. However, it is also possible that the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In a software training, the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.Also of advantage is a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above is used, especially when the program product or program is executed on a computer or a device.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description. It shows:
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of favorable embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similar acting, with a repeated description of these elements is omitted.
Innerhalb der Kavität
Um die vorgelagerte Flüssigkeit
Ein wichtiges Ziel des hier vorgestellten Ansatzes kann darin gesehen werden, dass eine pneumatisch-mechanische Bereitstellung von Flüssigreagenzien für LoC-Systeme möglich wird, um flüssige Reagenzien für LoC-Anwendungen langzeitstabil zu lagern und bei Bedarf bereitzustellen und gleichzeitig eine effiziente Entleerung der Reservoire sicherzustellen.An important objective of the approach presented here can be seen in the fact that a pneumatic-mechanical provision of liquid reagents for LoC systems is possible in order to store liquid reagents for LoC applications in a long-term stable manner and to provide them as needed while at the same time ensuring an efficient emptying of the reservoirs.
Dabei ermöglicht der hier vorgestellte Ansatz in polymerbasierten, mikrofluidischen LoC-Systemen (z. B. Kreditkarten-große LoC-Kartuschen) eine langzeitstabile Lagerung und zuverlässige Bereitstellung von Flüssigreagenzien. Die Flüssigkeit, d. h. vorliegend das Fluid
Der hier vorgestellte Ansatz biete dabei mehrere Vorteile:
- – Es braucht keine vorangehende Strukturierung der
Barrierefolie 125 zur Erzeugung einer Sollbruchstelle erfolgen. Dies führt zu einer drastischen Vereinfachung des Fertigungsprozesses und damit zu einer Reduktion der Herstellkosten. - – Auf eine Bereitstellungskammer kann verzichtet werden, was zu einer deutlichen Flächenreduktion führt. Hierdurch werden die Herstell-, Lager- und Transportkosten einer Kartusche verringert.
- – Alle Elemente, die zum Aufbrechen der
Barrierefolie 125 dienen sollen, wie beispielsweise Spitzen, Hohlnadeln oder Zacken können direkt auf dem Chip bzw. einer entsprechend ausgestalteten Gehäuseeinheit107 oder Komponenten davon wie der Deckeleinheit105 und oder derFluidaufnahmeeinheit 110 , durch Spritzguss erfolgen. Auch hier ist kein zusätzlicher Prozessschritt notwendig bei der Einbringung einer Sollbruchstelle. - – Die
Vorlagerung der Flüssigreagenzien 120 kann direkt auf dem Chip also derBevorratungsvorrichtung 100 erfolgen, die beispielsweise integraler Bestandteil der Analyseeinheit sein kann. Es sind keine separaten Behältnisse (Blister, Stickpacks) erforderlich. Hierdurch werden die Produktionskosten deutlich gesenkt. - – Auf einen externen mechanischen beweglichen Aktuator (z. B. Stempel) zum Entleeren der Flüssigkeit
120 kann verzichtet werden, was Kontaminationsrisiken von außen und die Komplexität der externen Steuereinheit reduziert. Hierdurch werden Kosten gesenkt und eine größere Sicherheit im Betrieb erreicht.
- - It needs no previous structuring of the
barrier film 125 to produce a predetermined breaking point. This leads to a drastic simplification of the manufacturing process and thus to a reduction in manufacturing costs. - - Can be dispensed with a preparation chamber, resulting in a significant reduction in area. As a result, the manufacturing, storage and transport costs of a cartridge are reduced.
- - All elements necessary for breaking up the
barrier film 125 serve, such as tips, hollow needles or serrations can directly on the chip or a housing unit designed accordingly107 or components thereof, such as thelid unit 105 and or thefluid receiving unit 110 , done by injection molding. Again, no additional process step is necessary in the introduction of a predetermined breaking point. - - The pre-storage of the
liquid reagents 120 can be directly on the chip so thestocking device 100 take place, which may for example be an integral part of the analysis unit. There are no separate containers (blisters, stickpacks) required. As a result, the production costs are significantly reduced. - - On an external mechanical moving actuator (eg stamp) for emptying the liquid
120 can be dispensed with, which reduces the risk of contamination from the outside and the complexity of the external control unit. As a result, costs are reduced and greater safety in operation achieved.
Alternativ zu den vorangegangenen und nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann der pneumatische Druck des Förderfluids
Die Teilfiguren der
Die Teilfiguren der
Die Teilfiguren der
Die Teilfiguren der
Die Teilfiguren der
Beispielhafte Abmessungen der unterschiedlichen Komponente der vorstehend genannten Ausführungsbeispiele können wie folgt angegeben werden:
Dicke Polymersubstrat (Deckelelement
Volumen des Fluids
Flexible Polymermembran: thermoplastische Elastomere (TPU, TPS, TPV), Silikon, PDMS, Elastomere...
Dicke Polymermembran (Druckmembran): 5 bis 1 mm
Polymersubstrate (Deckelelement, Fluidaufnahmeelement, Zweichenträgerelement): COP, COC, PP, PE, PC, PET, ABSExemplary dimensions of the different components of the above embodiments may be given as follows:
Thick polymer substrate (cover
Volume of the fluid
Flexible polymer membrane: thermoplastic elastomers (TPU, TPS, TPV), silicone, PDMS, elastomers ...
Thick polymer membrane (pressure membrane): 5 to 1 mm
Polymer substrates (cover element, fluid absorption element, two-carrier element): COP, COC, PP, PE, PC, PET, ABS
Die Schneidelemente
In Bezug auf die Verschlussmembran als vorzugsweise mehrschichtige Siegelfolie lässt sich Folgendes beispielhaft nennen
Dicke Barriereschicht (i. d. R. Alu): 10 μm bis 500 μm
Dicke Siegelschicht (z. B. PP, PE, Heißkleber): 5 μm bis 500 μm
Dicke Schutzschicht (z. B. PET, Polyester, PP, PE, Schutzlack): 5 μm bis 500 μmWith respect to the sealing membrane as a preferably multi-layered sealing film, the following can be exemplified
Thick barrier layer (usually aluminum): 10 μm to 500 μm
Thick sealant layer (eg PP, PE, hot-melt adhesive): 5 μm to 500 μm
Thick protective layer (eg PET, polyester, PP, PE, protective lacquer): 5 μm to 500 μm
Neben den Ausführungsbeispielen sind beliebig andere geometrische Verbindungen zwischen Polymermembran (Druckmembran) und Polymersubstrat (Deckelelement, Fluidaufnahmeelement) möglich, um die Vorzugsrichtung der Membran
In Bezug auf die Geometrie der Schneideelemente (Anschläge, Spitzen oder Hohlnadeln) der Öffnungselemente lässt sich folgendes anmerken.With regard to the geometry of the cutting elements (stops, tips or hollow needles) of the opening elements, the following can be noted.
In den Ausführungsbeispielen gemäß den
In Bezug auf die Ausführungsbeispiele aus der
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder”-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.
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- 2016-03-24 GB GB1605091.6A patent/GB2538846A/en not_active Withdrawn
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DE102015205906B4 (en) | 2024-05-23 |
GB201605091D0 (en) | 2016-05-11 |
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