DE102021210723A1 - Device, in particular microfluidic device, with a sealing foil and method for production - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100), insbesondere eine mikrofluidische Vorrichtung (100), umfassend eine erste Schicht (110) mit zumindest einem Kanal (112) und/oder einer Kammer (112) und einer auf der ersten Schicht (110) aufgeklebten ersten Siegelfolie (160) zur Abdeckung der ersten Schicht (110), vorzugsweise zur Abdeckung des Kanals (112) und/oder der Kammer (112). Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren (500) zum Herstellen einer solchen Vorrichtung (100)The invention relates to a device (100), in particular a microfluidic device (100), comprising a first layer (110) with at least one channel (112) and/or one chamber (112) and a first layer (110) adhesively bonded to it Sealing foil (160) for covering the first layer (110), preferably for covering the channel (112) and/or the chamber (112). The invention also relates to a method (500) for producing such a device (100)
Description
Stand der TechnikState of the art
Lab-on-Chip-Kartuschen sind oftmals mit strukturierten Trägerplatten aus transparentem Kunststoff aufgebaut, die durch einen Laserschweißprozess mit einer Elastomermembran und mehreren Siegelfolien verbunden werden. Für die Pumpfunktionen und zur Abdichtung zwischen den transparenten Trägerplatten wird eine schwarze Elastomermembran integriert, die als extrudierte Folie hergestellt und in einem nächsten Prozessschritt passend ausgestanzt wird.
Auf die Pneumatik-Trägerplatte 110 können zur Versiegelung der Luftkanäle 112 eine ebenfalls passend ausgestanzte schwarze Kunststofffolie 140 als eine erste Siegelfolie 140 und eine transparente Kunststofffolie 150 als eine zweite Siegelfolie 150 durch das Maskenschweißverfahren aufgebracht werden. Durch den Wärmeeintrag in die schwarze Folie 140 beim Schweißen lösen sich jedoch Spannungen in der transparenten Pneumatik Trägerplatte 110, die anschließend zu Spannungen und damit Rissen in der transparenten Siegelfolie 150 führen können. Diese Risse entstehen ebenfalls durch Spannungen, die auf die unterschiedliche Wärmeausdehnung beim Aufschmelzen und Abkühlen der schwarzen Folie 140 mit Haftung zur transparenten Siegelfolie 150 zurückzuführen sind.To seal the
Die Patentschrift
In
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention
Vor diesem Hintergrund betrifft die Erfindung eine Vorrichtung umfassend eine erste Schicht mit zumindest einem Kanal und/oder einer Kammer und einer auf der ersten Schicht aufgeklebten ersten Siegelfolie zur Abdeckung der ersten Schicht.Against this background, the invention relates to a device comprising a first layer with at least one channel and/or one chamber and a first sealing film glued to the first layer to cover the first layer.
Unter der Vorrichtung kann insbesondere eine mikrofluidische Vorrichtung, auch Lab-on-a-Chip-Vorrichtung genannt, beispielsweise eine mikrofluidische Kartusche bzw. Lab-on-a-Chip-Kartusche verstanden werden. Solche Kartuschen können als Schichtaufbau mehrere Schichten, auch Lagen oder Träger genannt, umfassen, beispielsweise eine Fluidiklage, getrennt durch eine elastische Membran von einer Pneumatiklage, wobei die Pneumatiklage zur pneumatischen Ansteuerung der Membran für die Bewegung von Fluiden in der Fluidiklage dient. Die erste Schicht kann somit insbesondere eine Pneumatikschicht oder eine Fluidikschicht sein und die Vorrichtung kann in vorzugsweise Ausgestaltung eine zweite Schicht bevorzugt mit zwischen erster Schicht und zweiter Schicht angeordneter elastischer Membran umfassen, wobei es sich bei den beiden Schichten um je eine Fluidikschicht und Pneumatikschicht handeln kann. Unter einer Siegelfolie ist insbesondere eine Folie zu verstehen, bevorzugt aus Kunststoff oder Verbundstoff, welche undurchlässig für Flüssigkeiten und vorzugsweise andere Fluide ist. Die erste Siegelfolie kann in verschiedenen Ausgestaltungen transparent oder farbig, insbesondere schwarz sein. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung deckt die erste Siegelfolie eine Seite der Schicht vollständig ab. Bevorzugt handelt es sich dabei um eine Außenseite der Vorrichtung. Dies hat den Vorteil, dass die ganze Seite der Schicht durch die Siegelfolie fluiddicht überdeckt und geschützt wird. In Abwandlung dazu kann die Siegelfolie einen Teil einer Seite, vorzugsweise einen Großteil der Seite, beispielsweise mindestens 70%, bevorzugt mindestens 80%, ganz bevorzugt mindestens 90% der Seite abdecken. Beispielsweise können ein Rand der Seite und/oder einzelne Bereiche nicht von der Siegelfolie bedeckt sein.The device can be understood in particular as a microfluidic device, also known as a lab-on-a-chip device, for example a microfluidic cartridge or lab-on-a-chip cartridge. Such cartridges can comprise several layers, also called layers or carriers, as a layered structure, for example a fluidic layer separated by an elastic membrane from a pneumatic layer, the pneumatic layer serving to pneumatically control the membrane for the movement of fluids in the fluidic layer. The first layer can thus in particular be a pneumatic layer or a fluidic layer and in a preferred embodiment the device can comprise a second layer, preferably with an elastic membrane arranged between the first layer and the second layer, it being possible for the two layers to be a fluidic layer and a pneumatic layer each . A sealing film is to be understood in particular as a film, preferably made of plastic or composite material, which is impermeable to liquids and preferably other fluids. In various configurations, the first sealing film can be transparent or colored, in particular black. In a particularly preferred embodiment, the first sealing film completely covers one side of the layer. This is preferably an outside of the device. This has the advantage that the entire side of the layer is covered and protected in a fluid-tight manner by the sealing film. In a modification to this, the sealing film can cover part of one side, preferably a large part of the side, for example at least 70%, preferably at least 80%, very preferably at least 90% of the side. For example, an edge of the page and/or individual areas cannot be covered by the sealing film.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den besonderen Vorteil, dass auf eine Wärmebehandlung, insbesondere auf ein Verschweißen, zum Verbinden der Siegelfolie mit der Schicht verzichtet werden kann und damit ein Übertragen von Spannungen mit der Gefahr von Rissen von der Schicht auf die Siegelfolie vermieden wird. Ferner werden durch das einfache Aufbringen der Siegelfolie und das Wegfallen der Wärmebehandlung vorteilhafterweise der Montageaufwand samt Materialkosten sowie die erforderliche Fertigungszeit deutlich reduziert.The device according to the invention has the particular advantage that heat treatment, in particular welding, for connecting the sealing film to the layer can be dispensed with, thus avoiding the transfer of stresses with the risk of cracks from the layer to the sealing film. Furthermore, due to the simple application of the sealing film and the omission of the heat treatment, the assembly effort including material costs and the required production time are advantageously significantly reduced.
Bevorzugt deckt die aufgeklebte Siegelfolie den Kanal und/oder die Kammer ab. Dies hat den Vorteil, dass der Kanal bzw. die Kammer mit der Siegelfolie fluiddicht verschlossen werden. Darüber hinaus ist von besonderem Vorteil, dass auf der Siegelfolie befindlicher Klebstoff zum Einfangen von unerwünschten Partikeln in der Kammer bzw. in dem Kanal genutzt werden kann und somit die Siegelfolie vorteilhafterweise auch als Partikelfilter wirkt. Dazu kann ein den Kanal und/oder die Kammer bedeckender Bereich der ersten Siegelfolie Klebstoff zum Einfangen der Partikel aufweist.The sealing foil that is glued on preferably covers the channel and/or the chamber. This has the advantage that the channel or the chamber with the sealing film is sealed in a fluid-tight manner. In addition, it is of particular advantage that the adhesive on the sealing film can be used to capture unwanted particles in the chamber or in the channel, and the sealing film thus advantageously also acts as a particle filter. For this purpose, a region of the first sealing film covering the channel and/or the chamber can have adhesive for capturing the particles.
Gemäß besonders bevorzugter Weiterbildung weist die erste Siegelfolie auf beiden Seiten Klebstoff auf und ist vorzugsweise als zweiseitiges Klebeband ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass eine zweite Siegelfolie zur verstärkten Versiegelung mit der ersten Siegelfolie kombiniert werden kann. Die zweite Siegelfolie kann dabei auf der ersten Siegelfolie aufgebracht sein, insbesondere auf einer der ersten Schicht abgewandten Seite der ersten Siegelfolie. Die Verwendung von zwei Folien hat insbesondere auch den Vorteil, dass die zweite Folie eine Dünnheit und/oder Weichheit der ersten Folie, zum Beispiel des Klebebands, ausgleichen und damit vorteilhafterweise für eine mechanische Stabilität sorgen kann, insbesondere für eine ausreichende Stabilität zur Versiegelung von (Pneumatik-)Kanälen in der Vorrichtung und/oder zum robusten Anlegen von externen Heizelementen an die Folien. Die zweite Siegelfolie kann somit in besonderer Ausgestaltung dicker und/oder steifer als die erste Siegelfolie ausgebildet sein. Beispielsweise können die erste Siegelfolie und die zweite Siegelfolie eine Dicke zwischen 50 und 250 Mikrometer beziehungsweise zwischen 200 und 500 Mikrometer aufweisen und vorzugsweise jeweils aus Kunststoff gefertigt sein.According to a particularly preferred development, the first sealing film has adhesive on both sides and is preferably designed as a double-sided adhesive tape. This has the advantage that a second sealing film can be combined with the first sealing film to increase sealing. The second sealing film can be applied to the first sealing film, in particular to a side of the first sealing film that faces away from the first layer. The use of two films also has the particular advantage that the second film can compensate for the thinness and/or softness of the first film, for example the adhesive tape, and can thus advantageously ensure mechanical stability, in particular sufficient stability for sealing ( Pneumatic) channels in the device and/or for the robust application of external heating elements to the foils. In a particular embodiment, the second sealing film can thus be thicker and/or more rigid than the first sealing film. For example, the first sealing film and the second sealing film can have a thickness of between 50 and 250 micrometers or between 200 and 500 micrometers and can each be made of plastic.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Gemäß einem ersten Schritt des Verfahrens wird eine erste Schicht bereitgestellt, wobei die erste Schicht zumindest einen Kanal und/oder eine Kammer aufweist. In einem zweiten Schritt erfolgt ein Abdecken der ersten Schicht, vorzugsweise ein Abdecken des Kanals und/oder der Kammer, durch Aufkleben einer ersten Siegelfolie auf die erste Schicht. Dabei kann vor dem Aufkleben der ersten Siegelfolie eine etwaige Schutzfolie von der Siegelfolie abgezogen werden. Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung umfasst die erste Siegelfolie auf beiden Seiten Klebstoff und es wird in einem dritten Schritt des Verfahrens eine zweite Siegelfolie auf der ersten Siegelfolie aufgebracht, insbesondere auf einer der ersten Schicht abgewandten Seite der ersten Siegelfolie.The invention also relates to a method for producing a device according to the invention. According to a first step of the method, a first layer is provided, the first layer having at least one channel and/or one chamber. In a second step, the first layer is covered, preferably the channel and/or the chamber is covered, by gluing a first sealing film onto the first layer. Any protective film can be removed from the sealing film before the first sealing film is stuck on. According to a particularly preferred development, the first sealing film includes adhesive on both sides and in a third step of the method a second sealing film is applied to the first sealing film, in particular to a side of the first sealing film facing away from the first layer.
Zu den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auch auf die oben angeführten Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwiesen.With regard to the advantages of the method according to the invention, reference is also made to the above-mentioned advantages of the device according to the invention.
Figurenlistecharacter list
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente werden gleiche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung der Elemente verzichtet wird.Embodiments of the invention are shown schematically in the drawings and explained in more detail in the following description. The same reference symbols are used for the elements that are shown in the various figures and have a similar effect, with a repeated description of the elements being dispensed with.
Es zeigen
-
1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer mikrofluidischen Kartusche wie eingangs beschrieben, -
2 ,3 zwei beispielhafte Zustände der teilweise durchgeführten bzw. durchgeführten Herstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und -
4 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 a schematic cross-sectional view of a microfluidic cartridge as described above, -
2 ,3 two exemplary states of the partially carried out or carried out production of an embodiment of the device according to the invention and -
4 a flowchart of an embodiment of the method according to the invention.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Im ersten Schritt 501 des Verfahrens 500 wird zumindest eine erste Schicht 110 der Vorrichtung 100 bereitgestellt, wobei die erste Schicht zumindest einen Kanal 112 und/oder eine Kammer 112 aufweist und beispielsweise einen Pneumatikschicht 110 der Vorrichtung 100 bildet. Der Kanal 112 bzw. die Kammer 112 ist als Ausnehmung in der ersten Schicht 110 ausgebildet und weist daher von einer Seite keine Wand, sondern eine Öffnung zur Umgebung auf. Gemäß einem zweiten Schritt 502 erfolgt ein Abdecken der ersten Schicht 110 und damit ein fluiddichtes Abdecken des Kanals 112 bzw. der Kammer 112 durch Aufkleben einer ersten Siegelfolie 160 auf die erste Schicht 110. Bei der ersten Siegelfolie 160 kann es sich beispielsweise um ein zweiseitiges Klebeband 160 handeln, zum Beispiel um ein zweiseitig klebendes Montageband, wobei von beiden Seiten des Bandes 160 Schutzfolien 161 vor dem Verkleben abgezogen werden können. Das zweiseitige Klebeband 160 kann vorzugsweise entsprechend Abmessungen und einer Struktur der ersten Schicht 110 ausgestanzt sein und anschließend beispielweise mit einem Rakel gleichmäßig auf die Schicht 110 aufgebracht werden. Dabei besteht der Klebstoff des Klebebandes 160 vorzugsweise aus einem Acrylharz oder synthetischem Kautschuk und weist eine sehr geringe und/oder unproblematische Ausgasung auf, um vorzugsweise für den Lebensmittelkontakt zugelassen zu sein. Solche speziellen Montage- oder Transfer-Klebebänder werden beispielsweise von dem Unternehmen 3M mit der Bezeichnung Low VOC Tape LVC sowie Tape PC oder von dem Supertape B. V. mit der Bezeichnung SuperFood 3 hergestellt. Solche Klebebänder weisen beispielsweise eine Dicke zwischen 50 und 250 Mikrometer auf und sind für Temperaturen bis über 100°C geeignet. Lufteinschlüsse entstehen unter dem Klebeband 160 beim Aufbringen vorteilhafterweise nicht, da diese durch die Luftkanäle entweichen kann.In the
Gemäß einem vorzugsweisen dritten Schritt 503 wird die zweite Schutzfolie 161 des Klebebands 160 abgezogen und eine zweite Siegelfolie 170 beispielsweise wieder mit dem Rakel gleichmäßig aufgebracht, wie in
Alternativ können auch zunächst beiden Spiegelfolien 160, 170 zunächst miteinander verbunden werden, vorzugsweise über den Klebstoff der ersten Siegelfolie 160, und anschließend gemeinsam auf die erste Schicht 110 aufgebracht werden.Alternatively, the two mirror foils 160, 170 can first be connected to one another, preferably via the adhesive of the
Gemäß weiterer alternativer Ausgestaltung kann auch nur eine Siegelfolie auf die erste Schicht 110 aufgebracht werden, wobei die Siegelfolie 160, 170 vorzugsweise nur auf der aufzubringenden Seite Klebstoff aufweist.According to a further alternative embodiment, only one sealing film can be applied to the
Durch die Klebstoffschicht auf einer Seite 165 (siehe
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