[go: up one dir, main page]

DE102011005932B4 - Fluidisches System zur blasenfreien Befüllung einer mikrofluidischen Filterkammer sowie Verfahren zur blasenfreien Befüllung und Verfahren zum Filtern einer Flüssigkeit mit einem solchen System - Google Patents

Fluidisches System zur blasenfreien Befüllung einer mikrofluidischen Filterkammer sowie Verfahren zur blasenfreien Befüllung und Verfahren zum Filtern einer Flüssigkeit mit einem solchen System Download PDF

Info

Publication number
DE102011005932B4
DE102011005932B4 DE102011005932.6A DE102011005932A DE102011005932B4 DE 102011005932 B4 DE102011005932 B4 DE 102011005932B4 DE 102011005932 A DE102011005932 A DE 102011005932A DE 102011005932 B4 DE102011005932 B4 DE 102011005932B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
filter
channel
microfluidic
filter chamber
valve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102011005932.6A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102011005932A1 (de
Inventor
Jochen Rupp
Peter Rothacher
Christian Dorrer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102011005932.6A priority Critical patent/DE102011005932B4/de
Priority to EP12703472.6A priority patent/EP2688670B1/de
Priority to PCT/EP2012/050948 priority patent/WO2012126647A1/de
Priority to ES12703472T priority patent/ES2753534T3/es
Publication of DE102011005932A1 publication Critical patent/DE102011005932A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102011005932B4 publication Critical patent/DE102011005932B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502753Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by bulk separation arrangements on lab-on-a-chip devices, e.g. for filtration or centrifugation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502723Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by venting arrangements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06Fluid handling related problems
    • B01L2200/0684Venting, avoiding backpressure, avoid gas bubbles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/06Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0681Filter
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/08Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0816Cards, e.g. flat sample carriers usually with flow in two horizontal directions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/08Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/0874Three dimensional network
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/08Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0887Laminated structure
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0406Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces capillary forces
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00Moving or stopping fluids
    • B01L2400/06Valves, specific forms thereof
    • B01L2400/0633Valves, specific forms thereof with moving parts
    • B01L2400/0655Valves, specific forms thereof with moving parts pinch valves

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

Fluidisches System zur blasenfreien Befüllung einer mikrofluidischen Filterkammer (10) umfassend einen Mehrschichtaufbau aus mindestens zwei Schichten (11, 14) und eine mikrofluidische Filterkammer (10) umfassend einen Filter (3), einen Entlüftungskanal (4), einen Einlasskanal (1) und einen Auslasskanal (6),wobei der Filter (3) zwischen Einlasskanal (1) und Auslasskanal (6) eingefügt ist, und wobei der Entlüftungskanal (4) vom Einlasskanal (1) abzweigt undwobei der Durchfluss durch die mikrofluidische Filterkammer mittels eines Ventils (5) im Entlüftungskanal (4) regulierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen den zwei Schichten (11, 14) eine elastische Folie (12) befindet, die als Ventil (5) wirkt.

Description

  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein fluidisches System zur blasenfreien Befüllung einer mikrofluidischen Filterkammer und zum Filtern von Flüssigkeiten, ein Verfahren zum blasenfreien Befüllen einer mikrofluidischen Filterkammer des erfindungsgemäßen Systems und ein Verfahren zum Filtern von Flüssigkeiten.
  • Stand der Technik
  • In der Molekularbiologie und der molekularen Diagnostik werden oftmals Filtrierungs- oder Festphasen-Extraktionsschritte durchgeführt. Zweck kann z.B. die Akkumulation von Bakterien oder die Aufreinigung von DNA-Fragmenten sein. Je nach Anwendung kommen als Filter Gewebematten oder Partikelschüttungen aus Glas, Silikaten, Oxiden, Polymeren etc. zum Einsatz. Als Bestandteil von Kits sind in Kunststoffröhrchen (sogenannte Tubes) eingepresste Filter kommerziell erhältlich, z.B. QIAquick Purification Kit der Firma Qiagen ®, solche Filter sind bekannt aus der DE10218554A1 . Diese Filter werden manuell durch Pipettieren befüllt und dann zentrifugiert.
  • Neuerdings wird verstärkt versucht, molekularbiologische Abläufe (sogenannte Assays) in mikrofluidische Systeme zu integrieren. Ein derartiges System wird auch als Lab-on-Chip (LOC) oder Micro-Total-Analysis-System (µTAS) bezeichnet. Zu den Besonderheiten eines LOC-Systems gehören:
    • Die Zeitersparnis bei der Durchführung des Assays. Es werden nur geringere Mengen an Reagenzien und Proben benötigt. Der Arbeitsaufwand für den Bediener wird reduziert. Es gibt weniger Möglichkeiten für den Bediener, Fehler zu machen. Das System kann portabel ausgeführt werden.
  • Anwendungen für LOC-Systeme finden sich in der molekularen Diagnostik, in der Umweltanalytik, etc. Eine Möglichkeit, einen Filter in ein mikrofluidisches LOC-System zu integrieren, ist in der US2002/0185431A1 beschrieben.
  • Die Druckschriften US 2007 / 0 125 942 A1 und DE 103 45 818 A1 offenbaren eine Filterkammer mit einem Einlasskanal, einem Auslasskanal und einem dazwischen eingefügten Filter.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Gegenstand der Erfindung ist ein fluidisches System zur blasenfreien Befüllung einer mikrofluidischen Filterkammer umfassend einen Mehrschichtaufbau aus mindestens zwei Schichten und eine mikrofluidische Filterkammer umfassend einen Filter, einen Entlüftungskanal, einen Einlasskanal und einen Auslasskanal, wobei der Filter zwischen Einlasskanal und Auslasskanal eingefügt ist, wobei der Entlüftungskanal vom Einlasskanal abzweigt und der Durchfluss durch die mikrofluidische Filterkammer mittels eines Ventils des Entlüftungskanals regulierbar ist, wobei eine zwischen den zwei Schichten befindliche Folie als Ventil wirkt.
  • Das erfindungsgemäße System weist folgende vorteilhafte Eigenschaften auf: Die mikrofluidische Filterkammer kann blasenfrei befüllt werden. Es werden beim Befüllen keine Luftblasen eingeschlossen. Ein Verstopfen des Filters wird somit verhindert. Der Filter wird homogen angeströmt. Flüssigkeitsströme können genau reguliert werden. Das vollständige Ausspülen des Filters ist gewährleistet. Es kommt nicht zur Verstopfung von Komponenten oder zum Ablauf unerwünschter Reaktionen. Das Mischen von Flüssigkeiten wird erleichtert. Die Schaumbildung wird verhindert. Der fluidische Widerstand des Systems wird konstant gehalten. In der Filterkammer enthaltene Reagenzien können kontrolliert ausgetauscht werden.
  • Erfindungsgemäß umfasst die mikrofluidische Filterkammer ein Ventil zum kontrollierbaren Durchlass durch den Entlüftungskanal. Dies dient dazu, den Durchlass von Flüssigkeit oder Gas zu regulieren.
  • Eine besondere Ausführungsform der mikrofluidischen Filterkammer ist dadurch gekennzeichnet, dass der Entlüftungskanal entweder an die Atmosphäre führt oder in ein separates Reservoir führt. Dies dient dazu, die Luft abzuführen.
  • Eine andere besondere Ausführungsform der mikrofluidische Filterkammer ist dadurch gekennzeichnet, dass der Entlüftungskanal nach dem Filter in den Auslasskanal mündet. Dies dient dazu, die Luft abzuführen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die mikrofluidische Filterkammer dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskanal vor und/oder nach dem Filter erweitert ist. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der mikrofluidischen Filterkammer ist dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskanal vor dem Filter erweitert ist, um ein homogenes Anströmen des Filters mit Flüssigkeiten zu gewährleisten. Eine ebenfalls besonders bevorzugte Ausführungsform der mikrofluidischen Filterkammer ist dadurch gekennzeichnet, dass der Auslasskanal nach dem Filter erweitert ist.
  • In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung sind eine oder mehrere Schichten strukturierte Ebenen.
  • Eine besondere Ausführungsform der Erfindung betrifft ein fluidisches System umfassend einen Deckel, eine erste strukturierte Ebene und eine zweite strukturierte Ebene, einen Einlasskanal, eine Erweiterung des Einlasskanals, einen Filter, ein Ventil und einen Auslasskanal. Gegebenenfalls kann das fluidische System außerdem eine Kanaldurchführung umfassen.
  • Eine weitere besondere Ausführungsform der Erfindung betrifft ein fluidisches System, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen der ersten strukturierten Ebene und der zweiten strukturierten Ebene eine elastische Folie befindet.
  • In einer besonderen Ausführungsform umfasst das fluidische System zur blasenfreien Befüllung einer mikrofluidischen Filterkammer noch mindestens ein weiteres Ventil.
  • Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur blasenfreien Befüllung einer mikrofluidischen Filterkammer des erfindungsgemäßen Systems, umfassend einen Filter und einen Entlüftungskanal, wobei eine Flüssigkeit durch den Einlasskanal zum Filter gepumpt wird, während das Ventil im Entlüftungskanal offen ist, und
    wobei dann der Filter kapillar befüllt wird, und wobei dann der Kanalbereich vor dem Filter, der Entlüftungskanal und der Kanalbereich nach dem Filter befüllt werden, und danach das Ventil geschlossen wird.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Filtern einer Flüssigkeit in der mikrofluidischen Filterkammer des erfindungsgemäßen Systems, wobei zuerst die mikrofluidische Filterkammer blasenfrei mit einer Flüssigkeit befüllt wird, indem eine Flüssigkeit durch den Einlasskanal zum Filter gepumpt wird, während das Ventil im Entlüftungskanal offen ist, dann der Filter kapillar befüllt wird, dann
    der Kanalbereich vor dem Filter, dann der Entlüftungskanal und dann der Kanalbereich nach dem Filter befüllt wird, und anschließend das Ventil geschlossen wird, und danach die zu filternde Flüssigkeit durch den Einlasskanal einströmt und dann durch den Filter in den Auslasskanal strömt.
  • Der Filter kann ein Gewebefilter oder ein Silikafilter sein. Beispielsweise kommen als Filter Gewebematten oder Partikelschüttungen aus Glas, Silikaten, Oxiden oder Polymeren zum Einsatz Grundsätzlich können alle Filter verwendet werden, die sich für fluidische Systeme, insbesondere für mikrofluidische Systeme eignen. Der Radius des Filters wird an die Abmessung der mikrofluidischen Filterkammer angepasst. Er kann zwischen 1 und 25 mm liegen. Vorzugsweise ist der Radius des Filters 2 bis 5 mm, besonders bevorzugt 3,5 mm.
  • Fluidische Kanäle sind Kanäle, durch die die Flüssigkeit in einem mikrofluidischen System strömen kann. Die Abmessungen der fluidischen Kanäle werden an die betreffenden Anforderungen angepasst. Zu den fluidischen Kanälen gehören der Einlasskanal, der Auslasskanal, der Entlüftungskanal und die Kanalerweiterung. Zu den fluidischen Kanälen gehört auch die Kanaldurchführung. Die fluidischen Kanäle haben beispielsweise einen Durchmesser bzw. eine Breite von 0,05 bis 2 mm, vorzugsweise von 0,2 bis 1 mm, besonders bevorzugt 0.3 oder 0.5 mm, und eine Tiefe von 0,05 bis 1.5 mm, vorzugsweise von 0,2 bis 1 mm, besonders bevorzugt 0.3 oder 0.5 mm.
  • Der Entlüftungskanal ist regulierbar, d.h. der Durchfluss von Flüssigkeit oder Gas durch den Entlüftungskanal kann reguliert werden. Der Entlüftungskanal kann über ein Ventil reguliert werden. Das Ventil kann geöffnet, teilweise geöffnet oder verschlossen sein.
  • Ventile dienen der Regulation der Flüssigkeitsströme in einer fluidischen Filterkammer und in den fluidischen Systemen. Beispielsweise kann eine elastische Folie, die sich zwischen zwei Schichten befindet, als Ventil fungieren. Weitere Beispiele für Ventile sind Drehventile oder externe Magnetventile. Die Erfindung ist aber nicht auf die genannten Ventile beschränkt, vielmehr sind alle Systeme umfasst, mit denen eine Regulation von Flüssigkeits- oder Gasströmen in fluidischen Systemen möglich ist.
  • Das fluidische System kann ein mikrofluidisches System sein. In einer besonderen Ausführungsform befindet sich die mikrofluidische Filterkammer in einer Schicht. Erfindungsgemäß ist die mikrofluidische Filterkammer in einem Mehrschichtaufbau realisiert. In einer besonderen Ausführungsform handelt es sich um einen Mehrschichtaufbau, der aus mehreren unterschiedlichen Schichten besteht. In einer anderen besonderen Ausführungsform handelt es sich um einen Mehrschichtaufbau, der aus mehreren gleichen Schichten aufgebaut ist. Ein Mehrschichtaufbau umfasst beispielsweise zwei bis zwanzig oder mehr Schichten. Dabei kann sich die mikrofluidische Filterkammer nur in einer Schicht befinden oder sich über mehrere Schichten erstrecken. In einer besonderen Ausführungsform erstreckt sich die mikrofluidische Filterkammer auf zwei oder drei oder mehr Schichten. Die Schicht kann beispielsweise ein Polymer sein. Die Schicht kann beispielsweise aus Polykarbonat, Polypropylen, Polyethylen, Polystyrol oder einem zyklischen Polyolefin bestehen. Die Schicht kann auch aus Glas oder Silizium bestehen. Die Schicht kann strukturiert sein, beispielsweise mittels Spritzguss, Heißprägen, Fräsen, Sandstrahlen oder Ätzen. Einzelne Schichten können deformierbar sein. Beispielsweise kann eine Schicht eine Folie sein, besonders bevorzugt eine elastische Folie, beispielsweise ein Elastomer oder ein thermoplastisches Elastomer, insbesondere ein Polyurethan-basiertes thermoplastisches Elastomer. In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind einzelne Schichten 0,05 bis 10 mm dick. Vorzugsweise haben einzelne Schichten eine Dicke von 0,1 mm, 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, 2,5 mm, 3 mm, 3,5 mm, 4 mm, 4,5 mm, 5 mm.
  • In besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind die fluidischen Kanäle an bestimmten Stellen erweitert, d.h. sie weisen dort einen im Vergleich zum Einlasskanal beziehungsweise Auslasskanal größeren Querschnitt oder Durchmesser auf. Beispielsweise kann der Einlasskanal unmittelbar vor dem Filter erweitert sein, um eine homogene Anströmung zu erreichen. Auch kann der Auslasskanal unmittelbar nach dem Filter erweitert sein. Bei lateraler Anströmung ist der Einlasskanal oder Auslasskanal vor bzw. nach dem Filter beispielsweise über eine Länge von 5 mm bis 10 mm erweitert. Bei transversaler Anströmung befindet sich beispielsweise vor bzw. nach dem Filter eine Kavität, die eine Höhe zwischen 0.5 mm und 2 mm, beispielsweise von 1 mm, hat und im Durchmesser zwischen 0.5 mm und 3 mm, beispielsweise 2 mm, kleiner ist als der Durchmesser des Filters. In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung befinden sich in den Erweiterungen der fluidischen Kanäle sogenannte Phaseguides, d.h. Strukturen (z.B. Kanten), die durch Pinning-Effekte die Befüllung der Kanalerweiterung steuem. Solche Strukturen können sich beispielsweise in der Erweiterung des Einlasskanals befinden, um die Befüllung der Kanalerweiterung zu steuern und eine gleichmäßige Befüllung zu gewährleisten.
  • Insbesondere bei der Integration der mikrofluidischen Filterkammern in das mikrofluidische System wird der zum Filter führende Kanal vor und nach dem Filter erweitert, um in diesen Systemen ein homogenes Anströmen des Filters zu erreichen. Diese Erweiterung wird bevorzugt durch einen variablen Querschnitt der zum Filter führenden Kanäle erreicht. Diese Kanäle sind beispielsweise trichterförmig zum Filter hin geöffnet.
  • Bei der mikrofluidischen Filterkammer wird zuerst der Kanalbereich vor dem Filter vollständig befüllt. Die Luftblasen können durch den regulierbaren Entlüftungskanal entweichen, wenn das Ventil geöffnet ist. Dadurch ist eine blasenfreie Befüllung des Filters und der Filterkammer möglich. Es wird dadurch vermieden, dass sich bei der Befüllung der Filter schnell kapillar füllt und so das Entweichen der sich vor dem Filter in der Kanalerweiterung befindenden Luft verhindert wird. Kann die Luft nicht entweichen, bleiben vor und gegebenenfalls auch nach dem Filter Luftblasen eingeschlossen. Diese Luftblasen stören die homogene Anströmung des Filters und können außerdem zum kompletten oder teilweisen Verstopfen des Filters und/oder zu Schaumbildung führen, wodurch das vollständige Ausspülen des Filters unmöglich wird. In einer besonderen Ausführungsform der mikrofluidischen Filterkammer mündet der Entlüftungskanal in den Kanalbereich nach dem Filter. Dadurch wird auch dieser Bereich blasenfrei befüllt und ein zusätzlicher fluidischer Anschluss wird eingespart.
  • Die mikrofluidische Filterkammer ist in allen fluidischen Systemen einsetzbar, in denen ein Filter eingesetzt wird, beispielsweise in polymeren Lab-on-Chip (LOC)- und Micro-Total-Analysis-Systemen (µTA-Systemen) zur molekularen Diagnostik.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen
    • 1a Schematische Darstellung einer mikrofluidischen Filterkammer 10 Ausführungsform 1.
    • 1b Schematische Darstellung einer mikrofluidischen Filterkammer 10 Ausführungsform 2.
    • 2 Schematische Darstellung eines fluidischen Systems (Querschnitt).
    • 3 Schematische Darstellung eines fluidischen Systems (Draufsicht).
    • 4 Schematische Darstellung eines fluidischen Systems (Seitenansicht).
  • 1a zeigt eine schematische Ansicht einer mikrofluidischen Filterkammer 10 in einer ersten Ausführungsform mit Einlasskanal 1, Kanalerweiterungen 2 und 13, Filter 3, Entlüftungskanal 4, Ventil 5 und Auslasskanal 6, wobei der Entlüftungskanal 4 entweder an die Atmosphäre führt oder in ein separates Reservoir führt. Der Einlasskanal 1 ist zum Filter 3 hin führend zur vor dem Filter 3 liegenden Kanalerweiterung 2 erweitert. An die Kanalerweiterung bzw. innerhalb des Kanals schließt sich der Filter 3 an. An den Filter 3 schließt sich die Kanalerweiterung 13 nach dem Filter 3 an. Die Kanalerweiterung 13 ist in ihrem Querschnitt gegenüber dem Auslasskanal 6 erweitert. Die Kanalerweiterung 2 vor dem Filter 3 und die Kanalerweiterung 13 nach dem Filter 3 sind jeweils trichterförmig ausgebildet. Die trichterförmige Ausbildung ist derart, dass der größere Querschnitt der trichterförmigen Ausbildung zum Filter 3 angeordnet ist. Die Kanalerweiterung 2 vor dem Filter 3weist einen Entlüftungskanal 4 auf. Der Entlüftungskanal 4 weist ein Ventil 5 auf. Das Ventil 5 regelt den Durchfluss von Flüssigkeit oder Gas durch den Entlüftungskanal 4.
  • 1b zeigt eine schematische Ansicht der mikrofluidischen Filterkammer 10 in einer zweiten Ausführungsform mit Einlasskanal 1, Kanalerweiterungen 2 und 13, Filter 3, Entlüftungskanal 4, Ventil 5, Auslasskanal 6, wobei der Entlüftungskanal 4 nach dem Filter 3 in den Auslasskanal 6 mündet.
  • Entsprechend der ersten Ausführungsform sind auch bei der zweiten Ausführungsform der Einlasskanal 1, die Kanalerweiterung 2 vor dem Filter 3, der Filter 3, die Kanalerweiterung 13 nach dem Filter 3 und der Auslasskanal 6 so angeordnet, dass der Einlasskanal trichterförmig in die Kanalerweiterung 2 vor dem Filter 3 führt, und die Kanalerweiterung 13 nach dem Filter 3 in den Auslasskanal 6 mündet. In der zweiten Ausführungsform ist der Entlüftungskanal 4 sowohl mit der Kanalerweiterung 2 vor dem Filter 3 als auch mit der Kanalerweiterung 13 nach dem Filter 3 verbunden. Der Entlüftungskanal 4 weist ein Ventil 5 auf. Durch das Ventil 5 kann der Durchfluss durch den Entlüftungskanal 4 aus der Kanalerweiterung 2 vor dem Filter 3 und der Kanalerweiterung 13 nach dem Filter 3 geregelt werden.
  • Der Einlasskanal 1 vor dem Filter 3 und/oder der Auslasskanal 6 nach dem Filter 3 können erweitert sein gegenüber dem Querschnitt des übrigen Einlasskanals 1 und Auslasskanals 6.
  • Die Funktionsweise der mikrofluidischen Filterkammer 10 in der ersten Ausführungsform ist wie folgt:
    • 6. Eine erste Flüssigkeit, z.B. Lösung oder Suspension, wird durch den Einlasskanal 4 zum Filter 3 gepumpt. Das Ventil 5 ist geöffnet.
    • 7. Der Filter 3 befüllt sich kapillar. Im Bereich der Kanalerweiterung 2 befindet sich zunächst noch Luft.
    • 8. Da der Flusswiderstand des Filters 3 deutlich größer ist als der des Entlüftungskanals 4, wird nun zunächst die Kanalerweiterung 2 vor dem Filter 3 und ein Teil des Entlüftungskanals 4 befüllt.
    • 9. Das Ventil 5 wird geschlossen.
    • 10. Das System ist komplett befüllt und der Filtrierungsvorgang beginnt.
  • Die Funktionsweise der mikrofluidischen Filterkammer 10 in der zweiten Ausführungsform ist wie folgt:
    • 7. Eine erste Flüssigkeit, z.B. Lösung oder Suspension, wird durch den Einlasskanal 1 zum Filter 3 gepumpt. Das Ventil 5 ist geöffnet.
    • 8. Der Filter 3 befüllt sich kapillar. Im Bereich der Kanalerweiterung 2 befindet sich zunächst noch Luft.
    • 9. Da der Flusswiderstand des Filters 3 deutlich größer ist als der des Entlüftungskanals 4, wird nun zunächst die Kanalerweiterung 2 vor dem Filter 3 und der Entlüftungskanal 4 befüllt.
    • 10. Durch den Entlüftungskanal 4 wird die Kanalerweiterung 13 nach dem Filter 3 befüllt.
    • 11. Das Ventil 5 wird geschlossen.
    • 12. Das System ist komplett befüllt und der Filtrierungsvorgang beginnt.
  • Die zweite Ausführungsform, d.h. die Ausführungsform, bei der Entlüftungskanal 4 nach dem Filter 3 in den Auslasskanal 6 mündet, hat somit zudem den Vorteil, dass durch den Entlüftungskanal 4 die Kanalerweiterung 13 nach dem Filter 3 vollständig befüllt wird. Da der Flusswiderstand des Entlüftungskanals 4 deutlich geringer ist als der des Filters 3, erfolgt dieser Befüllungsvorgang blasenfrei und deutlich schneller als durch den Filter.
  • Es ist möglich, die Filterkammer 10 nach Ablauf der Filtrierung mit einer zweiten Flüssigkeit zu befüllen und dabei die erste Flüssigkeit zu ersetzen. Dazu wird im einfachsten Fall die zweite Flüssigkeit über den Filter 3 gepumpt. Bei dieser Verfahrensweise besteht jedoch die Gefahr, dass in den Kanalerweiterungen (2, 13) vor und nach dem Filter 3 Rückstände der ersten Flüssigkeit zurückbleiben, die später ablaufende Reaktionen stören können. Diese Rückstände können entfernt werden, indem der Entlüftungskanal 4 nochmals kurz geöffnet und mit Flüssigkeit 2 gespült wird.
  • 2 zeigt eine mögliche Ausführung der Erfindung im Querschnitt. Dabei ist die mikrofluidische Filterkammer 10 Bestandteil einer Ausführung des erfindungsgemäßen mikrofluidischen Systems. Die mikrofluidische Filterkammer 10 ist dabei in einem Mehrschichtaufbau aus drei Polymersubstraten 9, 14, 11 und einer elastischen Folie 12, die sich zwischen der ersten, strukturierten Schicht 11 und der zweiten, strukturierten Schicht 14 befindet, realisiert. Die drei Schichten sind übereinander angeordnet, dabei ist die dritte Schicht 9 über der zweiten Schicht 14 angeordnet, und die zweite Schicht 14 ist über der ersten Schicht 11 angeordnet.
  • 2 zeigt einen Einlasskanal 1, mit Kanalerweiterung 2, Filter 3, Kanaldurchführung 7, zusätzlichem Ventil 8, Durchmesser w1 der Kanaldurchführung 7, Tiefe t1 des fluidischen Einlasskanals 1, Dicke t2 der dritten Schicht 9, Dicke t3 der zweiten Schicht 14, Dicke t4 der dritten Schicht 11.
  • 3 zeigt dieselbe Ausführung der Erfindung wie 2, aber in der Draufsicht. Die mikrofluidische Filterkammer 10 ist Bestandteil eines mikrofluidischen Systems.
  • 3 zeigt einen Einlasskanal 1, mit Kanalerweiterung 2, Filter 3, Belüftungskanal 4, Ventil 5, Auslasskanal 6, Kanaldurchführung 7, zusätzliches Ventil 8, Radius R1 der Kanalerweiterung 2, Radius R2 des Filters 3 und Breite w2 des Auslasskanals 6.
  • 4 zeigt dieselbe Ausführung der Erfindung wie 2 und 3, aber in der Seitenansicht. Die mikrofluidische Filterkammer 10 ist Bestandteil eines mikrofluidischen Systems. Sie ist in einem Mehrschichtaufbau aus drei Polymersubstraten 9, 14, 11 und einer elastischen Folie 12, die sich zwischen der ersten, strukturierten Ebene 11 und der zweiten, strukturierten Ebene 14 befindet, realisiert.
  • 4 zeigt den Einlasskanal 1, mit Kanalerweiterung 2, Filter 3, Belüftungskanal 4, Ventil 5, Auslasskanal 6, Kanaldurchführung 7 und zusätzlichem Ventil 8.
  • Die Funktionsweise der in den 2, 3 und 4 gezeigten Ausführungsform ist wie folgt:
    • 8. Flüssigkeit strömt durch den Einlasskanal 1 ein. Das Ventil 5 ist geöffnet.
    • 9. Die Flüssigkeit wird durch eine Durchführung 7 in die zweite, strukturierte Ebene 14 gelenkt und erreicht die Kanalerweiterung 2.
    • 10. Der Filter 3 wird kapillar benetzt.
    • 11. Die Flüssigkeit strömt durch den Belüftungskanal 4, der eine weitere Durchführung und ein Ventil 5 beinhaltet, in die erste, strukturierte Ebene 11 zurück und erreicht die Rückseite des Filters 3.
    • 12. Die an der Rückseite des Filters 3 gelegene Kanalerweiterung wird befüllt.
    • 13. Das Ventil 5 wird geschlossen.
    • 14. Die Flüssigkeit strömt durch den Filter 3 in den Auslasskanal 6.
  • Beispiele für typische Abmessungen des in den 2, 3 und 4 gezeigten fluidischen Systems sind: R1 = 2.5 mm , R2 = 3.5 mm ,w1 = 0.5 mm ,w2 = 0.3 mm , t1 = 0.3 mm ,t2 = 1.5 mm ,
    Figure DE102011005932B4_0001
    t3 = 1.5 mm , t4 = 1.5 mm .
    Figure DE102011005932B4_0002

Claims (6)

  1. Fluidisches System zur blasenfreien Befüllung einer mikrofluidischen Filterkammer (10) umfassend einen Mehrschichtaufbau aus mindestens zwei Schichten (11, 14) und eine mikrofluidische Filterkammer (10) umfassend einen Filter (3), einen Entlüftungskanal (4), einen Einlasskanal (1) und einen Auslasskanal (6), wobei der Filter (3) zwischen Einlasskanal (1) und Auslasskanal (6) eingefügt ist, und wobei der Entlüftungskanal (4) vom Einlasskanal (1) abzweigt und wobei der Durchfluss durch die mikrofluidische Filterkammer mittels eines Ventils (5) im Entlüftungskanal (4) regulierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen den zwei Schichten (11, 14) eine elastische Folie (12) befindet, die als Ventil (5) wirkt.
  2. Fluidisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Entlüftungskanal (4) entweder an die Atmosphäre führt oder in ein separates Reservoir führt.
  3. Fluidisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Entlüftungskanal (4) in den Auslasskanal (6) mündet.
  4. Fluidisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskanal (1) und / oder der Auslasskanal (6) eine variable Querschnittsfläche aufweisen.
  5. Verfahren zur blasenfreien Befüllung einer mikrofluidischen Filterkammer (10) in einem fluidischen System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die mikrofluidische Filterkammer (10) einen Filter (3) und einen Entlüftungskanal (4) umfasst, wobei eine Flüssigkeit durch den Einlasskanal (1) zum Filter (3) gepumpt wird während das Ventil (5) im Entlüftungskanal (4) offen ist, und wobei der Filter (3) kapillar befüllt wird und der Kanalbereich (2) vor dem Filter (3) und ein Teil des Entlüftungskanals (4) befüllt wird, wobei dann der Kanalbereich (13) nach dem Filter (3) befüllt wird und anschließend das Ventil (5) geschlossen wird.
  6. Verfahren zum Filtern einer Flüssigkeit mit einer mikrofluidischen Filterkammer (10) in einem fluidischen System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zuerst die mikrofluidische Filterkammer (10) blasenfrei nach dem Verfahren nach Anspruch 5 befüllt wird, und danach die zu filternde Flüssigkeit durch den Einlasskanal (1) einströmt und dann durch den Filter (3) in den Auslasskanal (6) strömt.
DE102011005932.6A 2011-03-23 2011-03-23 Fluidisches System zur blasenfreien Befüllung einer mikrofluidischen Filterkammer sowie Verfahren zur blasenfreien Befüllung und Verfahren zum Filtern einer Flüssigkeit mit einem solchen System Active DE102011005932B4 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011005932.6A DE102011005932B4 (de) 2011-03-23 2011-03-23 Fluidisches System zur blasenfreien Befüllung einer mikrofluidischen Filterkammer sowie Verfahren zur blasenfreien Befüllung und Verfahren zum Filtern einer Flüssigkeit mit einem solchen System
EP12703472.6A EP2688670B1 (de) 2011-03-23 2012-01-23 Fluidisches system zur blasenfreien befüllung einer mikrofluidischen filterkammer
PCT/EP2012/050948 WO2012126647A1 (de) 2011-03-23 2012-01-23 Fluidisches system zur blasenfreien befüllung einer mikrofluidischen filterkammer
ES12703472T ES2753534T3 (es) 2011-03-23 2012-01-23 Sistema fluídico para el relleno libre de burbujas de una cámara de filtro microfluídica

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011005932.6A DE102011005932B4 (de) 2011-03-23 2011-03-23 Fluidisches System zur blasenfreien Befüllung einer mikrofluidischen Filterkammer sowie Verfahren zur blasenfreien Befüllung und Verfahren zum Filtern einer Flüssigkeit mit einem solchen System

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102011005932A1 DE102011005932A1 (de) 2012-09-27
DE102011005932B4 true DE102011005932B4 (de) 2022-07-14

Family

ID=45581838

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102011005932.6A Active DE102011005932B4 (de) 2011-03-23 2011-03-23 Fluidisches System zur blasenfreien Befüllung einer mikrofluidischen Filterkammer sowie Verfahren zur blasenfreien Befüllung und Verfahren zum Filtern einer Flüssigkeit mit einem solchen System

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP2688670B1 (de)
DE (1) DE102011005932B4 (de)
ES (1) ES2753534T3 (de)
WO (1) WO2012126647A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018220898B4 (de) 2018-12-04 2022-10-13 Robert Bosch Gmbh Mikrofluidische Vorrichtung und Verfahren zur Filterung eines Fluids
DE102021212645B4 (de) 2021-11-10 2024-08-22 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Vorrichtung und Verfahren zur Durchführung mikrofluidischer Prozessschritte
DE102022203627A1 (de) 2022-04-11 2023-10-12 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Mikrofluidische Vorrichtung

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020185431A1 (en) 2001-06-07 2002-12-12 Nanostream, Inc. Microfluidic filter
DE10218554A1 (de) 2002-04-25 2003-11-06 Qiagen Gmbh Aufreinigung von Flüssigkeiten
DE10345818A1 (de) 2003-09-30 2005-04-28 Boehringer Ingelheim Micropart Verfahren und Vorrichtung zum Separieren und Abführen von Gasblasen aus Flüssigkeiten
US20070125942A1 (en) 2005-07-06 2007-06-07 The Regents Of The University Of California Apparatuses, systems and methods for isolating and separating biological materials

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6416293B1 (en) * 1999-07-20 2002-07-09 Deka Products Limited Partnership Pumping cartridge including a bypass valve and method for directing flow in a pumping cartridge
US6867049B1 (en) * 2000-09-27 2005-03-15 Becton, Dickinson And Company Method for obtaining increased particle concentration for optical examination
JP2005523144A (ja) * 2002-04-19 2005-08-04 キュノ、インコーポレーテッド 封入フィルター・カートリッジ
WO2007002579A2 (en) * 2005-06-23 2007-01-04 Bioveris Corporation Assay cartridges and methods for point of care instruments
US20090188856A1 (en) * 2007-10-20 2009-07-30 Robb Benson Externally Centering Filter Element or Cartridge and Housing and System Utilizing the Same
JP2012508894A (ja) * 2008-11-13 2012-04-12 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ マイクロ流体システムの流入口と毛細管チャネルとの接続

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020185431A1 (en) 2001-06-07 2002-12-12 Nanostream, Inc. Microfluidic filter
DE10218554A1 (de) 2002-04-25 2003-11-06 Qiagen Gmbh Aufreinigung von Flüssigkeiten
DE10345818A1 (de) 2003-09-30 2005-04-28 Boehringer Ingelheim Micropart Verfahren und Vorrichtung zum Separieren und Abführen von Gasblasen aus Flüssigkeiten
US20070125942A1 (en) 2005-07-06 2007-06-07 The Regents Of The University Of California Apparatuses, systems and methods for isolating and separating biological materials

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012126647A1 (de) 2012-09-27
EP2688670A1 (de) 2014-01-29
DE102011005932A1 (de) 2012-09-27
ES2753534T3 (es) 2020-04-13
EP2688670B1 (de) 2019-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2072131B1 (de) Mikrofluidisches Element zur Durchmischung einer Flüssigkeit in einer Reagenz
DE102013203293B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Leiten einer Flüssigkeit durch einen ersten oder zweiten Auslasskanal
DE102013219929B4 (de) Fluidikmodul, Vorrichtung und Verfahren zum Aliquotieren einer Flüssigkeit
EP2560756B1 (de) Vorrichtung zur plasmaseparation mittels einer zentralen kanalstruktur
EP3452217B1 (de) Fluidhandhabungsvorrichtung und verfahren zur fluidhandhabung
DE60035611T2 (de) Mikrofluid-analysevorrichtung
DE102004063438A1 (de) Neuartige mikrofluidische Probenträger
DE102017204002B4 (de) Zentrifugo-pneumatisches schalten von flüssigkeit
DE102012206042B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur gezielten Prozessführung in einem Mikrofluidik-Prozessor mit integrierten aktiven Elementen
EP3774044A1 (de) Verfahren und mikrofluidische vorrichtung zur aliquotierung einer probenflüssigkeit unter verwendung einer versiegelungsflüssigkeit, verfahren zum herstellen einer mikrofluidischen vorrichtung und mikrofluidisches system
DE102009001257A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Handhabung von Flüssigkeiten
DE102011078770A1 (de) Mikrofluidische Vorrichtung, mikrofluidisches System und Verfahren zum Transport von Fluiden
DE112018001955T5 (de) Anwendungsspezifisch ausgestaltbare Mikrofluidik-Einheit mit programmierbaren Mikrofluidik-Knoten
DE102011005932B4 (de) Fluidisches System zur blasenfreien Befüllung einer mikrofluidischen Filterkammer sowie Verfahren zur blasenfreien Befüllung und Verfahren zum Filtern einer Flüssigkeit mit einem solchen System
DE102018204633A1 (de) Mikrofluidische Vorrichtung und Verfahren zum Prozessieren einer Flüssigkeit
EP2406495B1 (de) Pumpe mit einer filteranordnung
DE102011079698A1 (de) Mikrofluidische Vorrichtung mit einer Kammer zur Lagerung einer Flüssigkeit
EP2624954B1 (de) Verfahren zum waschen einer mikrofluidischen kavität
EP4384319A1 (de) Unterdruckschalten von flüssigkeit
WO2023180422A1 (de) Mikrofluidische vorrichtung und verfahren zum betreiben einer mikrofluidischen vorrichtung
DE102018220898B4 (de) Mikrofluidische Vorrichtung und Verfahren zur Filterung eines Fluids
DE102012220250A1 (de) Fluidikmodul für eine zentrifugale filtration und verfahren zum filtern einer probe
DE102006010956A1 (de) Ventil
DE102019210697A1 (de) Lab-on-Chip-System mit mindestens einem funktionalisierten Abschnitt
DE102023202206A1 (de) Sequentielles Pumpen mittels eines Aktuators

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final