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WO2023046908A1 - Device having a layer comprising pores with a microstructured functional surface - Google Patents

Device having a layer comprising pores with a microstructured functional surface Download PDF

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Publication number
WO2023046908A1
WO2023046908A1 PCT/EP2022/076535 EP2022076535W WO2023046908A1 WO 2023046908 A1 WO2023046908 A1 WO 2023046908A1 EP 2022076535 W EP2022076535 W EP 2022076535W WO 2023046908 A1 WO2023046908 A1 WO 2023046908A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
filter layer
pores
geometries
filter
structures
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.)
Ceased
Application number
PCT/EP2022/076535
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christoph Mohr
Jan-Michael Heinrich
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.)
Pluriselect Life Science UG
Original Assignee
Pluriselect Life Science UG
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 Pluriselect Life Science UG filed Critical Pluriselect Life Science UG
Publication of WO2023046908A1 publication Critical patent/WO2023046908A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D67/00Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0002Organic membrane manufacture
    • B01D67/0004Organic membrane manufacture by agglomeration of particles
    • B01D67/00045Organic membrane manufacture by agglomeration of particles by additive layer techniques, e.g. selective laser sintering [SLS], selective laser melting [SLM] or 3D printing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D67/00Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0002Organic membrane manufacture
    • B01D67/0023Organic membrane manufacture by inducing porosity into non porous precursor membranes
    • B01D67/0032Organic membrane manufacture by inducing porosity into non porous precursor membranes by elimination of segments of the precursor, e.g. nucleation-track membranes, lithography or laser methods
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/02Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D71/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06Organic material
    • B01D71/48Polyesters
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2325/00Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/08Patterned membranes

Definitions

  • the invention relates to a device with a porous layer with a microstructural functional surface, a system with the device and a method for producing the device.
  • mixtures of substances can be processed using gauze, paper filters or sieve fabric and gravity.
  • individual substances or groups of substances can be separated or washed from a sample mixture by utilizing diffusion effects, as in the case of use in dialysis (artificial blood washing as a blood purification process).
  • membranes are used, for example, with the aim of supplying biological systems with nutrients, removing metabolic products and/or using them as a culture matrix for biological films.
  • dialysis in which a mass transfer is carried out via a semi-permeable membrane with the aid of diffusion effects, is primarily used to separate dissolved molecules from highly concentrated liquids such as blood or plasma.
  • undissolved substances can also be present in liquids, such as cells or suspended matter such as microplastics.
  • Gauze and later sieve fabric were originally used to separate and/or enrich suspensions, for example to enrich isolated cells, cell clusters, tissue, spheroids or particles as well as suspended matter.
  • the open filter area (porosity) of screen fabrics is very small.
  • the porosity describes the sum of all meshes of a filter surface in relation to the entire surface of the filter material.
  • filters made of metal materials that cannot be used for cell filtration due to their poor porosity.
  • US 2010/0 151 190 A1 discloses a membrane with holes to be used in breathable clothing and/or protective cloaks. It is particularly about protection against chemical, radioactive and biological warfare agents. From this point of view, the membrane should be used for filtering, but explicitly more like a gas mask, whereby breathable air should be let through and harmful substances should be kept out.
  • the membrane of the D1 can consist of a polymeric material. The pores have a round shape.
  • the membrane may have dielectric layers arranged in a specific pattern. The membranes are always present at least as a pair. In this sense, the application of current to the dielectric layers serves to control the position of the membranes relative to one another and thus the filter properties.
  • a filter made of a Meta II material is disclosed in CN 111432910A. It describes a metal plate with holes that is used as a gas filter to filter out particles from the discharge chamber of a laser.
  • the lack of precision as well as the small open filter area of screen fabrics are caused by the production of screen fabrics from plastic threads.
  • the synthetic threads are woven in special patterns.
  • the thickness of the individual threads is many times greater in relation to the actual pore.
  • a special weaving technique already mentioned is required.
  • the threads are several times larger in relation to the resulting pore.
  • a sieve fabric has an open filter area of 1 to 2% in areas below 10pm. The main part of the fabric is therefore completely unsuitable for filtration.
  • the availability of the screen mesh is also limited to a few manufacturers in view of the manufacturing complexity. Another disadvantageous aspect is the height of the screen mesh.
  • the screen fabric not only has a standard deviation around the specified mesh size, but there are also significant deviations in the contact points of the individual screen fabric threads.
  • the distances between the screen fabrics in the side view (cross-section) are not equal to the mesh size in the top view at the points of support.
  • the mesh size is determined by measuring air resistance and thus defines the relevant permeability value.
  • the actual mesh size can be determined using monodisperse polymer particles. This defines the actual separation limit (cut-off). However, this deviates from the specified mesh size in the top view.
  • a filter with a screen fabric that has a nominal mesh size of 1 pm in the air resistance measurement has an actual cut-off limit of 10 pm in this application.
  • the object is to provide a device that enables effective separation processes and is easy to provide.
  • a first aspect of the invention relates to a device for filtering a fluid material, comprising a filter layer having at least one polymeric material and having at least one porous and microstructured surface for filtering a fluid material, the pores with a defined shape, which are specifically distributed in the material of the filter layer, so that the filter layer has perforated and non-perforated areas.
  • the filter layer of the device according to the invention (also referred to as carrier matrix or carrier layer) has openings on the surface through which, in relation to the pore opening to the open filter area, a far higher efficiency can be achieved than with conventional screen fabrics and plasma membranes.
  • the targeted distribution of the pores advantageously enables a classification of perforated to non-perforated areas in defined ratios.
  • the shape of the pores does not have to be exclusively round or square.
  • the filter layer can be freely selected depending on the desired practical application. Thin, flat materials are particularly advantageous, so that the filter layer is formed like a film; the filter layer can be a foil or a membrane, for example.
  • the filter layer according to the invention is therefore also referred to synonymously as a film or membrane.
  • the filter layer can be produced with the smallest possible thickness, which means that the length of the pore channels can be reduced compared to conventional screen fabrics. As a result, with comparatively small cross sections of the pore openings, a smaller force is advantageously required in order to transfer the substances from one side of the filter layer to the other. The required pressure is reduced and thus no longer has an adverse effect on complex biological systems such as primary cells.
  • the polymeric material of the filter layer can be natural or artificial, eg a plastic, cellulose or polylactides. It is essential that the polymeric material can be perforated, ie is suitable for the formation of pores.
  • the filter layer can include renewable, regenerated and/or recycled materials.
  • the filter layer preferably has pores whose defined shape is selected from the group consisting of round, oval, angular shapes or free shapes that are produced by a combination of the round, oval and angular shapes. The pores therefore have properties that the meshes of conventional screen fabrics, which are always angular due to their construction, do not have.
  • the pore shapes can all be provided in one filter layer at the same time.
  • the pores can be provided in a filter layer with uniform or non-uniform distribution.
  • the microstructured surface of the filter layer preferably has a number of supporting, controlling and/or regulating structures in the nanometer-micrometer range.
  • the microstructured surface of the filter layer is also referred to as a microstructured functional surface.
  • the structures are designed to control the filtration of the fluid medium.
  • the microstructures can, for example, advantageously control and monitor the permeability of the filter layer, monitor the stability of the filter layer and emit signals upon contact with defined substances.
  • the microstructures can, for example, also be components that are known from microoptics, microfluidics, photonics and other specialist areas. Microstructures enable properties, e.g. when using a device produced according to the invention as a filter device in purification processes, which conventionally cannot be provided in a corresponding quality by passive microfluidic components based on filters or simple hydrodynamic processes.
  • the microstructured functional surface advantageously enables the device according to the invention to be used in filtration or separation devices in the nano, micro to millimeter range and in systems in which the microstructured surface is used as a permeable partition wall between at least two systems.
  • the invention improves the use of filtration devices with regard to separating biological and non-biological mixtures of substances, which primarily contain pressure-sensitive components, such as primary cells, Bacteria, bioparticles or vesicles, in the micro and nanometer range.
  • the invention opens up and improves use in medically complex systems that require certified and highly regulated use through the defined size and distribution of the microstructures.
  • the structures are preferably selected from a group with raised geometries, recessed geometries and feeding geometries.
  • the microstructures are referred to as geometries here in the sense that they are supporting geometries.
  • the capillary flow is controlled, ie the filtration via the filter layer according to the invention is supported, e.g. accelerated or slowed down. For example, small particles can quickly migrate through the pore and large particles simply lack the time or flow to get to the pore in the first place.
  • the structures with raised geometries include hemispheres, pyramids, rounded-topped pyramids, cones, rounded-topped cones, and/or cylinders.
  • raised geometries not only influence the flow against the pore, but also the flow over the pore.
  • blocking of the pores could be prevented. This improves the service life of the filters, since the pores do not clog as quickly and therefore do not have to be replaced as quickly.
  • the deepening geometries are non-perforating ablations.
  • the advantages correspond to those of the raised geometries.
  • the feeding geometries also preferably have a shovel-like design.
  • the supporting geometries can be designed in the form of blades, that this is a feed to the pore.
  • the filter layer is embedded in an upper and lower layer.
  • the pores are preferably arranged in such a way that they form squares in the surface of the filter layer, which are separated by webs. In other words, these webs designate the areas between the squares.
  • the webs are advantageously suitable for arranging further elements.
  • Conductor tracks suitable for resistance measurement are preferably arranged in the matrix (e.g. by additive manufacturing such as printing) in the filter layer.
  • At least one interconnect is particularly preferably arranged in the area of said webs.
  • the interconnects can be used in combination with the expansion of the porous filter layer to measure resistance. The determination of the resistance is based on the change in length and cross-section of metal strain gauges. If the measuring strips are stretched, the resistance increases.
  • the resistance measurement can be used to control various process sequences. For example, if the resistance increases, it can be concluded that the filter layer is blocked. If the resistance is actively measured, it becomes possible to control the process directly.
  • Options in the process chain could be reducing a flow through the device, the device can be backwashed or a corresponding system with the device can even be switched off in order to prevent a breakthrough. If the microporous carrier layer is even destroyed, the flow through the device can be stopped directly.
  • the pores in the filter layer preferably have a size in the range from 250 nm to 5 mm, in particular in the range from 250 to 1000 ⁇ m.
  • the filter layer according to the invention can thus be used much more selectively than, for example, conventional screen fabric, in which pores below 1 ⁇ m with precise selectivity cannot realistically be produced from screen fabric.
  • a second aspect of the invention relates to a system with a device according to the invention, comprising at least one line for a fluid medium, in which the device for filtering the fluid material is arranged.
  • the device is used in the system as a filtration device and is suitable for both cake and cross-flow filtration.
  • the device can be used as a sieve or filter.
  • the system enables advantageous use in laboratory filters, in filter cascades, in systems for separating functionalized bioparticles, in cell culture approaches (for skin models, 3D epithelial cultures, investigations of chemotaxis, transmigration assays or e.g. in transport and polarity studies), in extracorporeal systems (e.g. in dialysis systems, or in systems in which personalized cells are used, cultivated as a monolayer and thus serve to support the body's own functions) and in filter systems for the enrichment of bacteria for diagnostic purposes.
  • cell culture approaches for skin models, 3D epithelial cultures, investigations of chemotaxis, transmigration assays or e.g. in transport and polarity studies
  • extracorporeal systems e.g. in dialysis systems, or in systems in which personalized cells are used, cultivated as a monolayer and thus serve to support the body's own functions
  • filter systems for the enrichment of bacteria for diagnostic purposes.
  • biological films can advantageously be grown in the system.
  • the device can be used as a rearing matrix for biological systems.
  • the pores of the filter layer can be used, for example, to supply and/or remove metabolic products from living beings.
  • the device can also be used to determine biological metabolic parameters.
  • cultivating a monolayer means that the cells attach themselves to an available substrate, glass surfaces or the plastic bottom of the culture vessel and can only multiply and spread under these conditions. They are the common culture and growth form for most animal cells .
  • the functional surface the formation of the natural polarity and morphology of the cells are supported.
  • the cells can be supplied and removed through the functional surface.
  • the device according to the invention with microstructured functional surfaces can advantageously be used in filtration or separation devices in the nano, micro to millimeter range as well as in Systems are used in which the microstructured surface is used as a permeable partition between at least two systems.
  • the invention improves the use of filtration devices with regard to separating biological and non-biological mixtures of substances, which primarily contain pressure-sensitive components, such as primary cells, bacteria, bioparticles or vesicles, in the micro- and nanometer range.
  • the invention through the defined size and distribution of the microstructures, opens up and improves the use in medically complex systems that require a certified, highly regulated application.
  • the system according to the invention is preferably designed as a lab-on-chip system.
  • the microstructured surface of the filter layer of the device acts advantageously in the system in terms of the filter function.
  • the sample material is partially transported in these microfluidic systems with the aid of capillary forces, it is not possible to work with high pressures in order to realize the separation of cellular components and the blood serum.
  • Filter materials with low porosity such as filter fabric or plasma membranes, can therefore not be used.
  • filter fleeces which are often used for the separation of blood components, it must also be ensured that, in addition to absorbing liquid, which is not insignificant with very small sample volumes of, for example, 20 ⁇ l, they sometimes bind proteins and thus the analytes from the blood serum non-specifically.
  • the separation could also be supported with centrifugation. Since a centrifuge is required for this process and thus requires additional technical effort, the required simplicity of these systems is negated.
  • the arrangement and the geometry of the pore openings can be specifically adapted to the microfluidic filtration.
  • the functional interface can be selected and modified that no non-specific binding of proteins takes place. The functional surface thus opens up new construction possibilities and thus a range of applications.
  • a third aspect of the invention relates to a method for producing a device with a filter layer having at least one porous and microstructured surface, with the steps:
  • a device comprising a laser, which is designed to apply structures in the filter layer by means of a laser,
  • the material of the filter layer being perforated by forming pores
  • the method advantageously makes it possible to produce openings on the surface of the filter layer, so that a filter layer according to the invention with the above-mentioned advantages can be provided. Accordingly, laser ablation offers decisive advantages when structuring the filter layer: targeted distribution of the pores on the surface of the filter layer, defined ratios of perforated to non-perforated areas, controlled shape of the pores.
  • the method preferably includes a further step in which the edges of the filter layer are embedded in a material suitable for injection moulding, i.e. by an injection molding process, so that it can be further processed, e.g. as a filter in a component. Embedding can take place between the individual steps.
  • the filter layer can be provided with the openings both before and after processing or incorporation into the intended component.
  • the process can be designed in such a way that the filter layer can be equipped with a support structure.
  • Backing sheets could be used that are formed in a roll-to-roll process were manufactured.
  • the carrier material, off the roll can be fed directly to the manufacturing process (e.g. injection molding, stamping).
  • the holding structures or components with an embedded carrier layer for the subsequent perforation could be, for example, rings, rectangles or free forms, which on the one hand enables and supports the planar processing of the carrier layer and also allows an unhindered subsequent perforation.
  • Carrier layers that have already been modified can be directly injected and encapsulated in more complicated components such as cylinders, in addition to simple components such as rings or rectangles.
  • the potential microstructuring does not have to be defined from the beginning of production and thus allows greater flexibility with regard to later usability.
  • the arrangement of the microstructuring can be application-specific and does not have to be the same for every process. This is the main difference to all products previously available on the market.
  • the manufacturing process can be customized to a high degree and allows systems to be manufactured cost-effectively and specifically that are not determined by the starting material. In conventional processes, pores and mesh sizes have to be defined from the start. Since laser ablation is a process that removes material, microstructuring can be carried out as a downstream process. This enables process-related customization, which allows the cost-effective implementation of small and small series.
  • the surface of the filter layer is additionally modified by additive methods and/or chemical modifications and/or biological modifications.
  • the modification can take place both before and after the laser ablation.
  • An additive method is z. a 3D print. Additional supporting, controlling or regulating structures can be attached and applied to the surface in a particularly advantageous manner by means of additive processes.
  • the use of laser ablation also has the decisive advantage that the surface can be modified in the process in an application-specific manner and can therefore be highly individualized.
  • the manufacturing process is application-oriented and is therefore no longer determined by the available starting material. Access to very small and small series in order to implement special applications is therefore much easier to implement.
  • the combination of laser ablation and additive processes on the nano and micrometer scale can enable actively controllable hydrodynamic processes.
  • the functional surface can be used as a partition or support matrix for growing biological films.
  • the functionality of the microperforation by means of laser ablation enables the supply and disposal of the biological component to be permeable.
  • the modifiability of the carrier materials helps to determine and control biological parameters using additive processes.
  • laser ablation and additive methods for producing additional pore structures are preferably carried out in combination in a staged process.
  • the pore opening could be generated in such a way that the opening can face the direction of a liquid flow or can face away from the flow direction.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a device according to the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a surface of a filter layer with a defined shape and distribution of the pores.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a surface of an embodiment of the filter layer, together with an enlarged section.
  • FIG. 4 shows a comparative schematic representation of the surfaces of a filter layer without (A) and with webs (B).
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a surface of an embodiment of a filter layer with applied interconnects, together with an enlarged section.
  • Figure ß Representation of different pore shapes in a surface of a filter layer (a - g).
  • FIG. 7 Representation of different possibilities for the arrangement of pores in the surface of a filter layer (a-e).
  • FIG. 8 shows a schematic representation of a further embodiment of a device according to the invention.
  • FIG. 9 shows a schematic representation of a further embodiment of a device according to the invention.
  • FIG. 10 A flow diagram of an embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 11 a flow chart of a further embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a device 1 according to the invention.
  • the device 1 has a housing 2 in the embodiment according to FIG. 1a.
  • a filter layer 10 is arranged in the interior 3 of the housing 2 .
  • the filter layer 10 is arranged in Fig. 1a without a support matrix, i.e. it was incorporated directly into the housing 2 during the manufacturing process.
  • the housing 2 has a housing upper part 4 and a housing lower part 5, which are reversible with one another are connected, for example by a screw cap.
  • the filter layer 10 is arranged in the upper area of the lower housing part 5 .
  • the filter layer 10 is arranged on an insert 6, which functions as a support matrix for the mechanical stability.
  • the filter layer 10 can also be combined with the insert s in such a way that the filter layer 10 is incorporated directly into the insert 6 and is then firmly connected to it. If the housing parts 4, 5 are each modified with two inlets and outlets, the device 1 can be used as a cross-flow filter.
  • the filter layer 10 is shown.
  • the filter layer 10 consists of polylactides.
  • the filter layer 10 can also be made from another suitable natural or purely synthetic polymer or a mixture of corresponding polymers.
  • the thickness of the filter layer 10 is 500 ⁇ m.
  • the layer thickness can also be thinner or thicker; it can be chosen to meet the desired requirements.
  • the dimensions in height and width can also be freely selected according to a planned application and can be e.g. 10 cm (height) and 8 cm (width).
  • the filter layer 10 has a number of pores 20 .
  • the pores 20 are rectangular in the surface 30 of the filter layer 10 and are arranged in an ordered pattern in defined rows.
  • the pores 20 have dimensions of 250-1000 ⁇ m.
  • FIG. 3 shows the filter layer 10 according to FIG. 2 in more detail.
  • the filter layer 10 is shown with an enlarged section A.
  • the pores 20 are arranged in rectangular squares 21 of 24 (4 ⁇ 6 rows) pores 20 .
  • a distance is formed between the squares 21 in each case.
  • the squares 21 are evenly distributed over the surface 30 of the filter layer 10 .
  • FIG. 4 two configurations of the pore distribution are shown in comparison.
  • Fig. 4A the pore distribution in the filter layer 10 corresponds to Fig.
  • the pores 20 are arranged in squares 21 which are demarcated but closely spaced. In Fig. 4B are the distances formed between the squares 21 more clearly. The areas between the squares 21 are also referred to as webs 22 .
  • the webs 22 act as placeholders, on which e.g. interconnects 23 can be arranged (Fig. 5).
  • the nature of the interconnects 23 allows resistances to be dissipated.
  • Conductors 23 can be arranged in all webs 22 .
  • interconnects can also only be arranged in a few webs.
  • An enlarged section in Fig. 5 shows a more detailed view of the pores 20 and interconnects 23.
  • the pores 20 can have any other shape besides the rectangular shape shown in FIGS. 2-5. 6 shows various possible pore shapes by way of example: a) rectangular, b) cross-shaped, c) circular, d) circular and rectangular combined, e) oval, f) oval and rectangular combined, g) triangular and rectangular combined essentially triangular). Other shapes are possible.
  • FIG. 7 Possibilities are shown in FIG. 7 as to how the pores 20 of the same or different shapes can be arranged in the filter layer 10 .
  • the arrangements are each shown as a square 21 .
  • triangular pores 20 are arranged alternately with pointed or flat sides to each other.
  • triangular pores 20 are arranged in such a way that they are arranged with the pointed sides offset to one another, so that the points lie next to one another and not one another.
  • rectangular pores 20 are arranged in a square 21 such that 8 pores 20 are arranged in the upper and lower rows with the long sides facing each other and three pores 20 are arranged in each case with the short sides facing each other in the two middle rows.
  • FIG. 7a triangular pores 20 are arranged alternately with pointed or flat sides to each other.
  • triangular pores 20 are arranged in such a way that they are arranged with the pointed sides offset to one another, so that the points lie next to one another and not one another.
  • rectangular pores 20 are arranged in a square 21 such that
  • the pores of the two middle rows are arranged as in FIG. 7c.
  • the pores 20 of the top and bottom rows are arranged with the long sides to one another, similar to FIG. 7c, but in a slightly inclined configuration (top row tilting to the left, bottom row tilting to the right).
  • FIG. 7e three rows of three rectangular pores 20 each are arranged with the short sides facing each other.
  • a row with circular pores 20 is arranged alternately between the rows with rectangular pores 20 . It is clear that the pore shapes and the arrangements of the pores 20 are not limited to the examples shown. Further possible combinations in the formation and arrangement of the pores 20 are possible.
  • a system 40 which has a device 1 with two filter layers 10, namely a first (lower) filter layer 11 and a second (upper) filter layer 12.
  • the system 40 in Fig. 8 represents a sieve system
  • a connector 41 connects the device 1 to a collecting vessel 42 and enables a filter support system to be connected.
  • a funnel 43 is arranged in the upper area of the system 40, which is provided for enlarging a feed volume of a medium to be filtered.
  • the second filter layer 12 can be arranged above the first filter layer 11 in a leakproof manner.
  • the two filter layers 11, 12 differ in at least one parameter, at least in the porosity, so that the porosity of the second filter layer 12 is greater than that of the first filter layer 11.
  • the second filter layer 12 is optional, i.e. the system 40 works also alone with the first filter layer 11 .
  • FIG. 9 Another embodiment of the system 40 is shown in FIG.
  • the system 40 in FIG. 9 represents a sieve system for a bottle-top filter.
  • the first filter layer 11 is arranged in a first sieve device 45 and the second filter layer 12 is arranged in a second sieve device 46 arranged above the first sieve device.
  • the two filter layers 11 , 12 differ in at least one parameter, namely at least in the porosity, so that the porosity of the second filter layer 12 is greater than that of the first filter layer 11 .
  • the second filter layer 12 is optional (correspondingly the second screening device 46), i.e. the system 40 also functions with the first filter layer 11 alone.
  • a blank of a layer made of polylactides is provided in a suitable device familiar to a person skilled in the art.
  • the blank can come from a roll, for example, ie by a roll-to-roll process be mapped.
  • the blank can be held by a holding structure, for example.
  • a second step S2 the blank is processed using a laser device in a laser ablation method. In the process, pores are inserted into the blank.
  • the blank (to be referred to now as the filter layer 10) is fed directly to the injection molding process.
  • the edges of the filter layer 10 are covered with a material, the filter layer 10 is embedded, so to speak, so that it can be used as a filter, for example.
  • Said material is suitable for injection moulding; it may, for example, comprise the same material as the filter layer 10, or a different material known to those skilled in the art, e.g., plastic.
  • the filter can in turn be installed in a component.
  • a fourth step S4 the surface of the filter layer 10 is additionally modified by additive methods. Additionally or alternatively, the surface can also be chemically modified. Steps S2, S3 and S4 are interchangeable, i.e. the modifications by additive methods can also be carried out before the laser ablation.
  • the filter layer 10 according to the invention is converted during processing into a component which is to have the filter layer 10.
  • step S1 is carried out as in the method according to FIG.
  • step S2 the blank is injected into a component and then processed by laser ablation in step S3.
  • step S4 then again corresponds to step S4 according to the method of FIG. 10.
  • the modification by means of additive methods can also take place here both before and after the injection molding, as well as before the laser ablation.
  • the finished component can in turn be installed as an insert in another component
  • step S3 in FIG. 10 can also be swapped with step S2.
  • the filter layer 10 can thus be processed both before and after it is inserted into a component.
  • the same as in the method according to FIG. 10 is carried out in an S1.
  • step S2 the blank is injected into a component.
  • step S3 the surface of the blank is chemically modified.
  • step S4 the surface of the blank is machined by laser ablation.
  • step S5 the filter layer 10 is modified by additive methods.
  • the modification of the foil surface takes place specifically after the injection molding process, the modification of the foil surface with additive processes can take place both before and after the laser ablation.
  • the finished components can in turn be installed as an insert in another component.

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Abstract

The invention relates to a device having a filter layer comprising pores with a microstructured functional surface. The invention also relates to a system comprising the device. The invention further relates to a method for producing the device, wherein the filter layer is processed by laser ablation and/or an additive method.

Description

Einrichtung mit einer Poren aufweisenden Schicht mit mikrostrukturierter Funktionsoberfläche Device with a porous layer with a microstructured functional surface

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung mit einer Poren aufweisenden Schicht mit einer mikrostrukturellen Funktionsoberfläche, ein System mit der Einrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen der Einrichtung. The invention relates to a device with a porous layer with a microstructural functional surface, a system with the device and a method for producing the device.

In der biologischen Forschung, Diagnostik oder Medizin ist es häufig erforderlich, Proben oder Stoffgemische aufzuarbeiten und präzise zu trennen. Neben einer Verwendung der Zentrifugalkraft können Stoffgemische mittels Gaze, Papierfilter oder Siebgewebe und der Schwerkraft aufgearbeitet werden. Zudem können einzelne Stoffe oder Stoffgruppen aus einem Probengemisch durch Ausnutzen von Diffusionseffekten, so wie bei der Anwendung in der Dialyse (künstliche Blutwäsche als Blutreinigungsverfahren), getrennt oder gewaschen werden. Weiterhin erfolgt der Einsatz vom Membranen z.B. mit dem Ziel, biologische Systeme mit Nährstoffen zu versorgen, Stoffwechselprodukte abzuführen und oder als Anzuchtmatrix für biologische Filme zu verwenden. In biological research, diagnostics or medicine, it is often necessary to process and precisely separate samples or mixtures of substances. In addition to using centrifugal force, mixtures of substances can be processed using gauze, paper filters or sieve fabric and gravity. In addition, individual substances or groups of substances can be separated or washed from a sample mixture by utilizing diffusion effects, as in the case of use in dialysis (artificial blood washing as a blood purification process). Furthermore, membranes are used, for example, with the aim of supplying biological systems with nutrients, removing metabolic products and/or using them as a culture matrix for biological films.

Zum Aufarbeiten einfacher sowie komplexer heterogener Gemische, wie z.B. Blut, verwendete Filtersysteme sind seit langem bekannt. Die Anwendung der Dialyse, bei der mit Hilfe von Diffusionseffekten ein Stoffaustausch über eine semipermeable Membran durchgeführt wird, dient vornehmlich dazu, gelöste Moleküle aus hochkonzentrierten Flüssigkeiten, wie Blut oder Plasma, abzutrennen. Neben den gelösten Substanzen können in Flüssigkeiten nicht gelöste Stoffe vorhanden sein, wie z.B. Zellen oder Schwebstoff wie Mikroplastik. Zum Trennen und/oder Anreichern von Suspensionen wurden ursprünglich Gaze und später Siebgewebe verwendet, um beispielsweise isolierte Zellen, Zellkluster, Gewebe, Speroide oder Partikeln sowie Schwebstoffe anzureichern. Da Gaze keine definierte Trenngrenze hat und die Flüssigkeit der Probe teilweise aufnimmt, was bei Proben mit wenig Volumen nachteilig sein kann, wurden zu diesem Zweck Filter entwickelt, die ein Siebgewebe zum Filtern und Trennen von Stoffgemischen aufweisen. Die Öffnungen von Siebgeweben werden als Maschen bezeichnet. In Abhängigkeit vom verwendeten Material sind die Filter, die in Abhängigkeit von der Anwendung auch als Zellsiebe bezeichnet werden, mit verschiedenen Maschen zwischen 1 und 1.000 pm erhältlich. Insbesondere im unteren Bereich der Maschenweiten zwischen 1 und 30 pm sind Siebgewebe konstruktionsbedingt mit Nachteilen behaftet. In diesem Bereich gibt es jedoch viele der für die Forschung interessanten Bestandteile, insbesondere beim Untersuchen von Blut (Blutprodukten und Blutproben), wenn es vornehmlich um spezifische Zellpopulation geht. Filter systems used for processing simple as well as complex heterogeneous mixtures, such as blood, have been known for a long time. The use of dialysis, in which a mass transfer is carried out via a semi-permeable membrane with the aid of diffusion effects, is primarily used to separate dissolved molecules from highly concentrated liquids such as blood or plasma. In addition to the dissolved substances, undissolved substances can also be present in liquids, such as cells or suspended matter such as microplastics. Gauze and later sieve fabric were originally used to separate and/or enrich suspensions, for example to enrich isolated cells, cell clusters, tissue, spheroids or particles as well as suspended matter. Since gauze does not have a defined separation limit and partially absorbs the liquid in the sample, which can be disadvantageous in the case of samples with a small volume, filters have been developed for this purpose which have a sieve fabric for filtering and separating mixtures of substances. The openings of screen fabrics are called meshes. Depending on the material used, the filters, which are also called cell strainers depending on the application, are available with different meshes between 1 and 1,000 μm. Especially in the lower range of mesh sizes between 1 and 30 μm, screen fabrics have disadvantages due to their construction. However, in this area there are many of the components of interest for research, especially when studying blood (blood products and blood samples) when the focus is on specific cell populations.

Neben der mangelnden Präzision ist die offene Filterfläche (Porosität) von Siebgeweben sehr gering. Die Porosität beschreibt in diesem Sinne die Summer alle Maschen einer Filterfläche in Bezug auf die gesamte Fläche des Filtermaterials. Neben Siebgeweben gibt es Filter aus Metallwerkstoffen, die in Bezug auf die Fitration von Zellen, bedingt durch die schlechte Porosität, nicht verwendet werden können. In addition to the lack of precision, the open filter area (porosity) of screen fabrics is very small. In this sense, the porosity describes the sum of all meshes of a filter surface in relation to the entire surface of the filter material. In addition to sieve fabrics, there are filters made of metal materials that cannot be used for cell filtration due to their poor porosity.

In der US 2010 / 0 151 190 A1 wird eine Membran mit Löchern offenbart, die in atmungsaktiver Kleidung und/oder Schutzumhängen verwendet werden soll. Dabei geht es besonders um einen Schutz vor chemischen, radioaktiven und biologischen Kampfstoffen. So gesehen soll die Membran zum Filtern verwendet werden, explizit jedoch mehr wie bei einer Gasmaske, wobei atembare Luft hindurchgelassen werden soll und schädliche Stoffe ferngehalten werden sollen. Die Membran der D1 kann aus einem polymeren Material bestehen. Die Poren weisen eine runde Form auf. Die Membran kann dielektrische Schichten aufweisen, die in einem bestimmten Muster angeordnet sind. Die Membranen liegen dabei immer mindestens als Paar vor. In diesem Sinne dient das Applizieren von Strom für die dielektrischen Schichten zum Steuern der Position der Membranen zueinander und damit der Filtereigenschaften. US 2010/0 151 190 A1 discloses a membrane with holes to be used in breathable clothing and/or protective cloaks. It is particularly about protection against chemical, radioactive and biological warfare agents. From this point of view, the membrane should be used for filtering, but explicitly more like a gas mask, whereby breathable air should be let through and harmful substances should be kept out. The membrane of the D1 can consist of a polymeric material. The pores have a round shape. The membrane may have dielectric layers arranged in a specific pattern. The membranes are always present at least as a pair. In this sense, the application of current to the dielectric layers serves to control the position of the membranes relative to one another and thus the filter properties.

Ein Filter aus einem Meta II Werkstoff wird in der CN 1 11 432 910 A offenbart. Dabei wird eine Metallplatte mit Löchern beschrieben, die als Gasfilter verwendet wird, um Partikel aus der Entladungskammer eines Lasers zu filtern. Die fehlende Präzision als auch die geringe offene Filterfläche von Siebgeweben werden durch die Herstellung von Siebgeweben aus Kunststofffäden bedingt. Die Kunststofffäden werden in speziellen Mustern verwoben. Gleichzeitig ist die Dicke der einzelnen Fäden, in Bezug auf die eigentliche Pore, um ein Vielfaches größer. Um präzise Poren im Mikrometerbereich herzustellen, ist eine bereits angesprochene spezielle Webtechnik erforderlich. Gleichzeitig sind die Fäden im Verhältnis zur resultierenden Pore um ein Vielfaches größer. Final hat ein Siebgewebe in Bereichen unter 10pm eine offene Filterfläche von 1 bis 2%. Der Hauptteil des Gewebes ist somit für die Filtration vollkommen ungeeignet. Die Verfügbarkeit der Siebgewebe ist, in Anbetracht des fertigungstechnischen Aufwands, zudem auf wenige Hersteller beschränkt. Ein weiter nachteiliger Aspekt ist die Höhe der Siebgewebe. A filter made of a Meta II material is disclosed in CN 111432910A. It describes a metal plate with holes that is used as a gas filter to filter out particles from the discharge chamber of a laser. The lack of precision as well as the small open filter area of screen fabrics are caused by the production of screen fabrics from plastic threads. The synthetic threads are woven in special patterns. At the same time, the thickness of the individual threads is many times greater in relation to the actual pore. In order to produce precise pores in the micrometer range, a special weaving technique already mentioned is required. At the same time, the threads are several times larger in relation to the resulting pore. Finally, a sieve fabric has an open filter area of 1 to 2% in areas below 10pm. The main part of the fabric is therefore completely unsuitable for filtration. The availability of the screen mesh is also limited to a few manufacturers in view of the manufacturing complexity. Another disadvantageous aspect is the height of the screen mesh.

Konstruktionsbedingt (Fadendicke und Abstände) haben Siebgewebe nicht nur eine Standardabweichung um die angegebene Maschenweite, sondern es gibt erhebliche Abweichungen in den Auflagepunkten der einzelnen Siebgewebefäden. Die Abstände der Siebgewebe in der Seitensicht (Querschnitt) sind an den Stellen der Auflagepunkte ungleich der Maschenweite in der Aufsicht. Die Bestimmung der Maschenweiten erfolgt über eine Luftwiderstandsmessung und definiert so den maßgeblichen Wert der Durchlässigkeit. Die Bestimmung der tatsächlichen Maschenweite bei der Bestimmung der Rückhaltegrenze kann über monodisperse Polymerpartikel erfolgen. Damit wird die eigentliche Abtrenngrenze (Cut-Off) definiert. Dieser weicht jedoch von der angegebenen Maschenweite in der Aufsicht ab. Ein Filter mit einem Siebgewebe, das nominal und in der Luftwiderstandsmessung eine Maschenweite von 1 pm aufweist, hat in diesem Anwendungsfall eine tatsächliche Abtrenngrenze von 10pm. Due to the design (thread thickness and distances), the screen fabric not only has a standard deviation around the specified mesh size, but there are also significant deviations in the contact points of the individual screen fabric threads. The distances between the screen fabrics in the side view (cross-section) are not equal to the mesh size in the top view at the points of support. The mesh size is determined by measuring air resistance and thus defines the relevant permeability value. When determining the retention limit, the actual mesh size can be determined using monodisperse polymer particles. This defines the actual separation limit (cut-off). However, this deviates from the specified mesh size in the top view. A filter with a screen fabric that has a nominal mesh size of 1 pm in the air resistance measurement has an actual cut-off limit of 10 pm in this application.

Je dicker bzw. höher das Siebgewebe, je geringer die geforderte Maschenweiten und je kleiner die verfügbare offene Filterfläche, desto größer ist der erforderliche Druck, um Probenmaterial durch die Maschen zu bekommen. Druck bedeutet, dass über die Schwerkraft hinaus eine zusätzliche Energie zugefügt werden muss, um die Trennung über das Siebgewebe zu ermöglichen. Zusätzliche Energie kann durch Zentrifugation oder durch Über- bzw. Unterdrück zugefügt werden. Eine zusätzliche Energie bei der Trennung von Zellen ist in diesem Sinne jedoch nachteilig, da tierische Zellen keine Zellwand besitzen und dementsprechend elastisch sind und bei einer Zentrifugation die Maschenweiten passieren können. Gleichzeitig wirken die Kräfte zellschädigend und führen mitunter zur Apoptose, was wiederum für Downstream-Prozesse nachteilig ist. Beispielsweise können apoptotische CD14+ Zellen (Monozyten) nicht zu Macrophagen oder antigen präsentierende Zellen differenziert werden. Da die Zellen durch die Isolation zu stark gestresst sind, lassen diese sich nicht mehr kultivieren und sind damit für einen Einsatz zur Herstellung personalisierter Medizin unbrauchbar. The thicker or higher the sieve fabric, the smaller the required mesh size and the smaller the available open filter area, the greater the pressure required to get sample material through the mesh. Pressure means that additional energy must be added beyond gravity to allow separation across the screen mesh. Additional energy can be obtained by centrifugation or added by over or under pressure. However, additional energy when separating cells is disadvantageous in this sense, since animal cells do not have a cell wall and are accordingly elastic and can pass through the mesh sizes during centrifugation. At the same time, the forces have a cell-damaging effect and sometimes lead to apoptosis, which in turn is disadvantageous for downstream processes. For example, apoptotic CD14+ cells (monocytes) cannot be differentiated into macrophages or antigen-presenting cells. Since the cells are too stressed by the isolation, they can no longer be cultivated and are therefore unusable for the production of personalized medicine.

Als Alternative zum Siebgewebe können Systeme mit Porenöffnungen unter 10 pm bereits durch Plasmabeschuss gefertigt werden. Membranen, die mittels Plasmabeschuss perforiert werden, haben jedoch den entscheidenden Nachteil, dass die Verteilung der Poren auf der Membranoberfläche nicht definiert ist und wahllos erfolgt. Durch die Undefinierte Verteilung der Poren pro Fläche kann der Plasmabeschuss dazu führen, dass Poren sich überlagern und dadurch Öffnungen entstehen, die nicht der definierten Porenöffnung entsprechen. Um eine Überlagerung zu verhindern, kann pro Fläche somit nur eine bestimmte Anzahl von Poren hergestellt werden. Die offene Filterfläche ist damit limitiert. As an alternative to screen mesh, systems with pore openings below 10 pm can be manufactured using plasma bombardment. However, membranes that are perforated by means of plasma bombardment have the decisive disadvantage that the distribution of the pores on the membrane surface is not defined and occurs randomly. Due to the undefined distribution of the pores per area, the plasma bombardment can lead to pores overlapping and thus openings that do not correspond to the defined pore opening. In order to prevent overlapping, only a certain number of pores can be produced per area. The open filter area is thus limited.

Es besteht die Aufgabe, eine Einrichtung bereitzustellen, die effektive Trennvorgänge ermöglicht und leicht bereitzustellen ist. The object is to provide a device that enables effective separation processes and is easy to provide.

Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung gemäß Anspruch 1 , ein System gemäß Anspruch 13 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 15 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, den Figuren und den Ausführungsbeispielen. Die Ausführungsformen der Erfindung sind in vorteilhafter Weise miteinander kombinierbar. This object is achieved by a device according to claim 1, a system according to claim 13 and by a method according to claim 15. Further advantageous embodiments and refinements of the invention result from the dependent claims, the figures and the exemplary embodiments. The embodiments of the invention can be combined with one another in an advantageous manner.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Filtern eines fluiden Materials, umfassend eine mindestens ein polymeres Material aufweisende Filterschicht mit mindestens einer porösen und mikrostrukturierter Oberfläche zum Filtern eines fluiden Materials, die Poren mit einer definierten Form aufweist, die gezielt im Material der Filterschicht verteilt sind, so dass die Filterschicht perforierte und nicht perforierte Bereiche aufweist. A first aspect of the invention relates to a device for filtering a fluid material, comprising a filter layer having at least one polymeric material and having at least one porous and microstructured surface for filtering a fluid material, the pores with a defined shape, which are specifically distributed in the material of the filter layer, so that the filter layer has perforated and non-perforated areas.

Die Filterschicht der erfindungsgemäßen Einrichtung (auch als Trägermatrix oder T rägerschicht bezeichnet) weist Öffnungen auf der Oberfläche auf, durch die im Verhältnis von Porenöffnung zu offener Filterfläche ein weit höherer Wirkungsgrad erzielt werden kann als mit herkömmlichen Siebgeweben und Plasmamembranen. Die gezielte Verteilung der Poren ermöglicht vorteilhaft eine Einteilung von perforierten zu nicht perforierten Bereichen definierten Verhältnissen. Die Form der Poren muss dabei nicht ausschließlich rund oder eckig sein. The filter layer of the device according to the invention (also referred to as carrier matrix or carrier layer) has openings on the surface through which, in relation to the pore opening to the open filter area, a far higher efficiency can be achieved than with conventional screen fabrics and plasma membranes. The targeted distribution of the pores advantageously enables a classification of perforated to non-perforated areas in defined ratios. The shape of the pores does not have to be exclusively round or square.

Neben der Porenform und Porenverteilung ist ein weiter Aspekt der Filterschicht vorteilhaft. Die Schichtdicke kann je nach angestrebter praktischer Anwendung frei gewählt werden. Besonders vorteilhaft sind dünne flächige Materialien, so dass die Filterschicht folienartig ausgebildet ist; dabei kann die Filterschicht z.B. eine Folie oder eine Membran sein. Die erfindungsgemäße Filterschicht wird daher synonym auch als Folie oder Membran bezeichnet. Die Filterschicht ist in einer geringstmöglichen Dicke herstellbar, wodurch im Vergleich zu herkömmlichen Siebgeweben eine kleinere Länge der Porenkanäle erreicht werden kann. Dadurch ist bei vergleichsweise geringeren Querschnitten der Porenöffnungen vorteilhafterweise eine geringere Kraft erforderlich, um die Stoffe von der eine auf die andere Seite der Filterschicht zu transferieren. Der erforderliche Druck wird reduziert und wirkt sich damit nicht mehr nachteilig auf komplexe biologische Systeme, wie z.B. primäre Zellen, aus. In addition to the pore shape and pore distribution, another aspect of the filter layer is advantageous. The layer thickness can be freely selected depending on the desired practical application. Thin, flat materials are particularly advantageous, so that the filter layer is formed like a film; the filter layer can be a foil or a membrane, for example. The filter layer according to the invention is therefore also referred to synonymously as a film or membrane. The filter layer can be produced with the smallest possible thickness, which means that the length of the pore channels can be reduced compared to conventional screen fabrics. As a result, with comparatively small cross sections of the pore openings, a smaller force is advantageously required in order to transfer the substances from one side of the filter layer to the other. The required pressure is reduced and thus no longer has an adverse effect on complex biological systems such as primary cells.

Das polymere Material der Filterschicht kann natürlich oder künstlich sein, z.B. ein Kunststoff, Zellulose oder Polylactide. Wesentlich ist, dass das polymere Material perforierbar ist, d.h. zur Ausbildung von Poren geeignet ist. Die Filterschicht kann nachwachsende, regenerierte und/oder recycelten Materialien umfassen. Bevorzugt weist die Filterschicht Poren auf, deren definierte Form aus der Gruppe umfassend runde, ovale, eckige Formen oder Freiformen, die durch eine Kombination der runden, ovalen und eckigen Formen hergestellt werden, ausgewählt wird. Damit weisen die Poren Eigenschaften auf, die Maschen von herkömmlichen Siebgeweben, die konstruktionsbedingt immer eckig sind, nicht aufweisen. Dabei können die Porenformen alle gleichzeitig in einer Filterschicht bereitgestellt werden. Die Poren können gleichmäßig oder ungleichmäßig verteilt in einer Filterschicht bereitgestellt werden. The polymeric material of the filter layer can be natural or artificial, eg a plastic, cellulose or polylactides. It is essential that the polymeric material can be perforated, ie is suitable for the formation of pores. The filter layer can include renewable, regenerated and/or recycled materials. The filter layer preferably has pores whose defined shape is selected from the group consisting of round, oval, angular shapes or free shapes that are produced by a combination of the round, oval and angular shapes. The pores therefore have properties that the meshes of conventional screen fabrics, which are always angular due to their construction, do not have. The pore shapes can all be provided in one filter layer at the same time. The pores can be provided in a filter layer with uniform or non-uniform distribution.

Vorzugsweise weist die mikrostrukturierte Oberfläche der Filterschicht eine Anzahl an unterstützenden, steuernden und/oder regelnden Strukturen im Nanometer-Mikrometer-Bereich auf. Die mikrostrukturierte Oberfläche der Filterschicht wird auch als mikrostrukturierte Funktionsoberfläche bezeichnet. Die Strukturen sind zum Steuern der Filtration des fluiden Mediums ausgebildet. Die Mikrostrukturen können beispielsweise vorteilhaft die Durchlässigkeit der Filterschicht steuern und überwachen, die Stabilität der Filterschicht überwachen und Signale bei Kontakt mit definierten Stoffen geben. Die Mikrostrukturen können z.B. auch Komponenten sein, die aus der Mikrooptik, Mikrofluidik, Photonik und anderen Fachgebieten bekannt sind. Mikrostrukturen ermöglichen Eigenschaften, z.B. in einer Verwendung einer erfindungsgemäß hergestellten Einrichtung als Filtereinrichtung in Aufreinigungsprozessen, die durch passive mikrofluidische Komponenten, basierend auf Filtern oder einfachen hydrodynamischen Prozessen, herkömmlicherweise nicht in einer entsprechenden Qualität geleistet werden können. The microstructured surface of the filter layer preferably has a number of supporting, controlling and/or regulating structures in the nanometer-micrometer range. The microstructured surface of the filter layer is also referred to as a microstructured functional surface. The structures are designed to control the filtration of the fluid medium. The microstructures can, for example, advantageously control and monitor the permeability of the filter layer, monitor the stability of the filter layer and emit signals upon contact with defined substances. The microstructures can, for example, also be components that are known from microoptics, microfluidics, photonics and other specialist areas. Microstructures enable properties, e.g. when using a device produced according to the invention as a filter device in purification processes, which conventionally cannot be provided in a corresponding quality by passive microfluidic components based on filters or simple hydrodynamic processes.

Die mikrostrukturierte Funktionsoberfläche ermöglicht vorteilhaft eine Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung in Filtrations- oder Abtrennvorrichtungen im Nano-, Mikro bis Millimeterbereich als auch in Systemen, in denen die mikrostrukturierte Oberfläche als durchlässige Trennwand zwischen mindestens zwei Systemen eingesetzt wird. Die Erfindung verbessert den Einsatz von Filtrationseinrichtungen in Bezug auf ein Trennen biologischer und nicht-biologischer Stoffgemische, die vornehmlich druckempfindliche Komponenten, wie beispielsweise primäre Zellen, Bakterien, Biopartikel oder Vesikel, im Mikro- und Nanometerbereich, enthalten. Neben allgemeinen Filtrationsanwendungen eröffnet und verbessert die Erfindung durch die definierte Größe und Verteilung der Mikrostrukturierungen den Einsatz in medizinisch komplexen Systemen, die eine zertifizierte und hoch regulierte Anwendung erfordern. The microstructured functional surface advantageously enables the device according to the invention to be used in filtration or separation devices in the nano, micro to millimeter range and in systems in which the microstructured surface is used as a permeable partition wall between at least two systems. The invention improves the use of filtration devices with regard to separating biological and non-biological mixtures of substances, which primarily contain pressure-sensitive components, such as primary cells, Bacteria, bioparticles or vesicles, in the micro and nanometer range. In addition to general filtration applications, the invention opens up and improves use in medically complex systems that require certified and highly regulated use through the defined size and distribution of the microstructures.

Bevorzugt sind die Strukturen aus einer Gruppe mit erhabenen Geometrien, vertiefenden Geometrien und zuführende Geometrien ausgewählt. Die Bezeichnung der Mikrostrukturen als Geometrien erfolgt hier in dem Sinne, dass es sich um unterstützende Geometrien handelt. Dabei wird die Kapillarströmung gesteuert, die Filtration über die erfindungsgemäße Filterschicht also unterstützt, z.B. beschleunigt oder verlangsamt. Dabei können z.B. kleine Teilchen schnell durch die Pore wandern können und großen Teilchen einfach die Zeit fehlt oder durch den Fluss, um überhaupt erst an die Pore zu gelangen. The structures are preferably selected from a group with raised geometries, recessed geometries and feeding geometries. The microstructures are referred to as geometries here in the sense that they are supporting geometries. The capillary flow is controlled, ie the filtration via the filter layer according to the invention is supported, e.g. accelerated or slowed down. For example, small particles can quickly migrate through the pore and large particles simply lack the time or flow to get to the pore in the first place.

Vorzugsweise weisen die Strukturen mit erhabenen Geometrien Halbkugeln, Pyramiden, Pyramiden mit abgerundeter Spitze, Kegel, Kegel mit abgerundeter Spitze und/oder Zylinder auf. Vorteilhafterweise werden durch erhabene Geometrien nicht nur Anströmung der Pore beeinflusst, sondern auch die Strömung über die Pore. In diesem technischen Zusammenhang, die beispielweise in einem Querstromfilter zu tragen kommt, könnten Verblockungen der Poren verhindert werden. Das verbessert die Standzeit der Filter, da die Poren nicht so schnell verstopfen und damit nicht so schnell ausgetauscht werden müssen. Preferably, the structures with raised geometries include hemispheres, pyramids, rounded-topped pyramids, cones, rounded-topped cones, and/or cylinders. Advantageously, raised geometries not only influence the flow against the pore, but also the flow over the pore. In this technical context, which comes into play, for example, in a cross-flow filter, blocking of the pores could be prevented. This improves the service life of the filters, since the pores do not clog as quickly and therefore do not have to be replaced as quickly.

Vorzugsweise sind die vertiefenden Geometrien nicht perforierende Abtragungen auf. Die Vorteile entsprechen denen der erhabenen Geometrien. Preferably, the deepening geometries are non-perforating ablations. The advantages correspond to those of the raised geometries.

Ebenfalls bevorzugt weisen die zuführenden Geometrien eine schaufelartige Ausbildung auf. Mit anderen Worten können die unterstützenden Geometrien in Form von Schaufeln gestaltet werden, dass diese eine Zuführung zur Pore ist. The feeding geometries also preferably have a shovel-like design. In other words, the supporting geometries can be designed in the form of blades, that this is a feed to the pore.

Vorzugsweise ist in der Einrichtung die Filterschicht in eine obere und untere Schicht eingebettet. Dabei ist in der oberen Schicht eine zuführende Leitung und der unteren Schicht eine wegführende Leitung für das fluide Medium ausgebildet, so sich die Filterschicht im Strömungsweg des fluiden Mediums befindet. Dadurch wird vorteilhaft eine Verwendung der Einrichtung in Systemen ermöglicht, die eine Filtration oder Osmose eines fluiden Mediums umfassen, z.B. in Zellzuchtanlagen oder Dialyseeinrichtungen. Preferably in the device the filter layer is embedded in an upper and lower layer. There is a feeding line in the upper layer and the lower layer is formed with a fluid medium leading away conduit so that the filter layer is in the fluid medium flow path. This advantageously allows the device to be used in systems that include filtration or osmosis of a fluid medium, for example in cell cultivation systems or dialysis facilities.

Bevorzugt sind die Poren derart angeordnet, dass sie Karrees in der Oberfläche der Filterschicht bilden, die durch Stege getrennt sind. Diese Stege bezeichnen mit anderen Worten die Flächen zwischen den Karrees. Die Stege sind vorteilhafterweise zum Anordnen weiterer Elemente geeignet. The pores are preferably arranged in such a way that they form squares in the surface of the filter layer, which are separated by webs. In other words, these webs designate the areas between the squares. The webs are advantageously suitable for arranging further elements.

Bevorzugt sind zur Widerstandsmessung geeignete Leitbahnen (beispielsweise metallische Dehnmessstreifen) in der Matrix (z.B. durch additive Fertigung wie Drucken) in der Filterschicht angeordnet. Besonders bevorzugt ist mindestens eine Leitbahn im Bereich der besagten Stege angeordnet. Die Leitbahnen können in Kombination mit der Dehnung der porösen Filterschicht zur Widerstandmessung genutzt werden. Die Bestimmung des Widerstands basiert auf der Längen- und Querschnittsänderung metallischer Dehnmessstreifen. Werden die Messstreifen gedehnt, nimmt der Widerstand zu. So kann die Widerstandsmessung dafür verwendet werden, diverse Prozessabläufe zu kontrollieren. Beispielsweise kann bei steigendem Widerstand auf die Verblockung der Filterschicht geschlossen werden. Wird der Widerstand aktiv gemessen, wird es möglich, den Prozess direkt zu steuern. Optionen in der Prozesskette könnten sein, einen Fluss über die Einrichtung zu reduzieren, die Einrichtung kann rückgespült oder ein entsprechendes System mit der Einrichtung gar abgeschaltet werden, um einen Durchbruch zu verhindern. Wird die mikroporöse Trägerschicht gar zerstört, kann der Fluss über die Einrichtung direkt gestoppt werden. Conductor tracks suitable for resistance measurement (e.g. metallic strain gauges) are preferably arranged in the matrix (e.g. by additive manufacturing such as printing) in the filter layer. At least one interconnect is particularly preferably arranged in the area of said webs. The interconnects can be used in combination with the expansion of the porous filter layer to measure resistance. The determination of the resistance is based on the change in length and cross-section of metal strain gauges. If the measuring strips are stretched, the resistance increases. The resistance measurement can be used to control various process sequences. For example, if the resistance increases, it can be concluded that the filter layer is blocked. If the resistance is actively measured, it becomes possible to control the process directly. Options in the process chain could be reducing a flow through the device, the device can be backwashed or a corresponding system with the device can even be switched off in order to prevent a breakthrough. If the microporous carrier layer is even destroyed, the flow through the device can be stopped directly.

Vorzugsweise weisen die Poren in der Filterschicht eine Größe im Bereich von 250 nm - 5 mm auf, insbesondere im Bereich von 250 - 1000 pm. Damit ist die erfindungsgemäße Filterschicht deutlich selektiver einsetzbar als z.B. herkömmliche Siebgewebe, in denen Poren unter 1 pm mit präziser Trennschärfe aus Siebgewebe realistisch nicht herstellbar sind. Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein System mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung, umfassend mindestens eine Leitung für ein fluides Medium, in der die Einrichtung zum Filtern des fluiden Materials angeordnet ist. Dabei wird die Einrichtung in dem System als Filtrationseinrichtung verwendet und eignet sich sowohl für eine Kuchen- als auch Querstromfiltration. Die Einrichtung ist als Sieb oder Filter einsetzbar. The pores in the filter layer preferably have a size in the range from 250 nm to 5 mm, in particular in the range from 250 to 1000 μm. The filter layer according to the invention can thus be used much more selectively than, for example, conventional screen fabric, in which pores below 1 μm with precise selectivity cannot realistically be produced from screen fabric. A second aspect of the invention relates to a system with a device according to the invention, comprising at least one line for a fluid medium, in which the device for filtering the fluid material is arranged. The device is used in the system as a filtration device and is suitable for both cake and cross-flow filtration. The device can be used as a sieve or filter.

Das System ermöglicht z.B. eine vorteilhafte Verwendung in Laborfiltern, in Filterkaskaden, in Systemen zur Abtrennung von funktionalisierten Biopartikeln, in Zellkulturansätzen (für Hautmodelle, 3D-Epithelkulturen, Untersuchung der Chemotaxis, Transmigrationsassays oder z.B. in Transport- und Polaritäts-Studien), in extrakorporalen Systemen (z.B. in Dialysesystemen, oder in Systemen, in denen personalisierte Zellen eingesetzt, als Monolayer angezüchtet und damit als Unterstützung der körpereigenen Funktionen dienen) und in Filtersystemen zur Anreicherung von Bakterien zur diagnostischen Zwecken. For example, the system enables advantageous use in laboratory filters, in filter cascades, in systems for separating functionalized bioparticles, in cell culture approaches (for skin models, 3D epithelial cultures, investigations of chemotaxis, transmigration assays or e.g. in transport and polarity studies), in extracorporeal systems (e.g. in dialysis systems, or in systems in which personalized cells are used, cultivated as a monolayer and thus serve to support the body's own functions) and in filter systems for the enrichment of bacteria for diagnostic purposes.

In dem System können z.B. vorteilhafterweise biologische Filme angezüchtet werden. In diesem Sinne kann die Einrichtung als Aufzuchtmatrix für biologische Systeme verwendet werden. Dabei können die Poren der Filterschicht z.B. zur Versorgung und oder zum Abtransport von Stoffwechsel Produkten von Lebewesen dienen. Dabei kann die Einrichtung auch zum Bestimmen biologischer Stoffwechselparameter verwendet werden. So kann bei der Kultivierung eines Monolayers (bedeutet, dass sich die Zellen an einem verfügbaren Substrat, Glasflächen oder dem Kunststoffboden des Kulturgefäßes anheften und sich erst unter dieser Voraussetzung vermehren und ausbreiten können. Sie sind für die meisten tierischen Zellen die gängige Kultur- und Wuchsform.) auf der Funktionsoberfläche, die Bildung der natürlichen Polarität und Morphologie der Zellen unterstützt werden. Gleichzeitig kann, bei Einsatz in Zellkultureinsätzen, durch die Funktionsoberfläche hindurch, eine Ver- und Entsorgung der Zellen erfolgen. For example, biological films can advantageously be grown in the system. In this sense, the device can be used as a rearing matrix for biological systems. The pores of the filter layer can be used, for example, to supply and/or remove metabolic products from living beings. The device can also be used to determine biological metabolic parameters. When cultivating a monolayer (means that the cells attach themselves to an available substrate, glass surfaces or the plastic bottom of the culture vessel and can only multiply and spread under these conditions. They are the common culture and growth form for most animal cells .) on the functional surface, the formation of the natural polarity and morphology of the cells are supported. At the same time, when used in cell culture inserts, the cells can be supplied and removed through the functional surface.

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit mikrostrukturierten Funktionsoberflächen kann vorteilhaft in Filtrations- oder Abtrennvorrichtungen im Nano-, Mikro bis Millimeterbereich als auch in Systemen verwendet werden, in denen die mikrostrukturierte Oberfläche als durchlässige Trennwand zwischen mindestens zwei Systemen eingesetzt wird. Die Erfindung verbessert den Einsatz von Filtrationseinrichtungen in Bezug auf ein Trennen biologischer und nicht-biologischer Stoffgemische, die vornehmlich druckempfindliche Komponenten, wie beispielsweise primäre Zellen, Bakterien, Biopartikel oder Vesikel, im Mikro- und Nanometerbereich, enthalten. Neben der allgemeinen Filtrationsanwendung eröffnet und verbessert die Erfindung, durch die definierte Größe und Verteilung der Mikrostrukturierungen, den Einsatz in medizinisch komplexen Systemen, die eine zertifizierte hoch regulierte Anwendung erfordern. The device according to the invention with microstructured functional surfaces can advantageously be used in filtration or separation devices in the nano, micro to millimeter range as well as in Systems are used in which the microstructured surface is used as a permeable partition between at least two systems. The invention improves the use of filtration devices with regard to separating biological and non-biological mixtures of substances, which primarily contain pressure-sensitive components, such as primary cells, bacteria, bioparticles or vesicles, in the micro- and nanometer range. In addition to the general filtration application, the invention, through the defined size and distribution of the microstructures, opens up and improves the use in medically complex systems that require a certified, highly regulated application.

Bevorzugt ist das erfindungsgemäße System als Lab-On-Chip-System ausgebildet. In Lab-On-Chip-Systemen wirkt die mikrostrukturierte Oberfläche der Filterschicht der Einrichtung in dem System vorteilhaft im Sinne der Filterfunktion. Herkömmlicherweise wird z.B. bei einer Analyse von Vollblut in vielen Fällen zunächst das Blut gefiltert werden, um Folgeanalysen aus dem Blutserum durchführen zu können. Da der Transport des Probenmaterials in diesen mikrofluidischen Systemen teilweise mit Hilfe von Kapillarkräften erfolgt, kann nicht mit großen Drücken gearbeitet werden, um die Trennung von zellulären Bestandteilen und dem Blutserum zu realisieren. Filtermaterialien mit geringer Porosität, wie Filtergewebe oder Plasmamembranen können somit nicht verwendet werden. Auch muss bei Filtervliesen, die oftmals für die Abtrennung von Blutbestandteilen verwendet werden, darauf geachtet werden, dass diese neben der Flüssigkeitsaufnahme, die bei sehr geringen Probenvolumina von beispielsweise 20 pl nicht unerheblich ist, teilweise Proteine und somit den Analyten aus dem Blutserum unspezifisch binden. Neben den Filtermaterialen könnte die Trennung zusätzlich mit einer Zentrifugation unterstützt werden. Da für diesen Prozess eine Zentrifuge erforderlich ist und damit einen zusätzlichen technischen Aufwand bedarf, negiert somit die geforderte Einfachheit dieser Systeme. Im Unterschied dazu kann in einem Lab-On-Chip-System mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung die Anordnung und die Geometrie der Porenöffnungen gezielt an die mikrofluidische Filtration angepasst werden. Darüber hinaus kann die Funktionsoberfläche so ausgewählt und modifiziert werden, dass keine unspezifische Bindung von Proteine erfolgt. Die Funktionsoberfläche eröffnet somit neue Konstruktionsmöglichkeiten und damit Anwendungsspektrum. The system according to the invention is preferably designed as a lab-on-chip system. In lab-on-chip systems, the microstructured surface of the filter layer of the device acts advantageously in the system in terms of the filter function. Conventionally, when analyzing whole blood, for example, in many cases the blood is first filtered in order to be able to carry out subsequent analyzes from the blood serum. Since the sample material is partially transported in these microfluidic systems with the aid of capillary forces, it is not possible to work with high pressures in order to realize the separation of cellular components and the blood serum. Filter materials with low porosity, such as filter fabric or plasma membranes, can therefore not be used. With filter fleeces, which are often used for the separation of blood components, it must also be ensured that, in addition to absorbing liquid, which is not insignificant with very small sample volumes of, for example, 20 μl, they sometimes bind proteins and thus the analytes from the blood serum non-specifically. In addition to the filter materials, the separation could also be supported with centrifugation. Since a centrifuge is required for this process and thus requires additional technical effort, the required simplicity of these systems is negated. In contrast to this, in a lab-on-chip system with a device according to the invention, the arrangement and the geometry of the pore openings can be specifically adapted to the microfluidic filtration. In addition, the functional interface can be selected and modified that no non-specific binding of proteins takes place. The functional surface thus opens up new construction possibilities and thus a range of applications.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Einrichtung mit einer mindestens eine poröse und mikrostrukturierte Oberfläche aufweisenden Filterschicht, mit den Schritten: A third aspect of the invention relates to a method for producing a device with a filter layer having at least one porous and microstructured surface, with the steps:

- Bereitstellen der Einrichtung in einer Einrichtung umfassend einen Laser, die zum Aufbringen von Strukturen in die Filterschicht mittels Laser ausgebildet ist, - providing the device in a device comprising a laser, which is designed to apply structures in the filter layer by means of a laser,

- Bearbeiten der Oberfläche der Filterschicht mit dem Laser, wobei das Material der Filterschicht durch Ausbilden von Poren perforiert wird,- processing the surface of the filter layer with the laser, the material of the filter layer being perforated by forming pores,

- Modifizieren der Oberfläche der Filterschicht durch mindestens ein additives Verfahren und/oder ein chemisches Verfahren. - Modifying the surface of the filter layer by at least one additive method and/or a chemical method.

Das Verfahren ermöglicht auf vorteilhafte Art und Weise, Öffnungen auf der Oberfläche der Filterschicht herzustellen, so dass eine erfindungsgemäße Filterschicht mit den o.g. Vorteilen bereitgestellt werden kann. Die Laserablation bietet dementsprechend entscheidende Vorteile bei der Strukturierung der Filterschicht: gezielte Verteilung der Poren auf der Oberfläche der Filterschicht, definierte Verhältnisse von perforierten zu nicht perforierten Bereichen, gesteuerte Form der Poren. Das Verfahren umfasst vorzugsweise einen weiteren Schritt, in dem die Ränder der Filterschicht in ein zum Spritzguss geeignetes Material eingebettet werden, d.h. durch ein Spritzgussverfahren, so dass sie z.B. als Filter in einem Bauteil weiter verarbeitet werden kann. Das Einbetten kann dabei zwischen den einzelnen Schritten erfolgen. The method advantageously makes it possible to produce openings on the surface of the filter layer, so that a filter layer according to the invention with the above-mentioned advantages can be provided. Accordingly, laser ablation offers decisive advantages when structuring the filter layer: targeted distribution of the pores on the surface of the filter layer, defined ratios of perforated to non-perforated areas, controlled shape of the pores. The method preferably includes a further step in which the edges of the filter layer are embedded in a material suitable for injection moulding, i.e. by an injection molding process, so that it can be further processed, e.g. as a filter in a component. Embedding can take place between the individual steps.

Vorteilhafterweise kann die Filterschicht sowohl vor als auch nach der Ver- bzw. Einarbeitung im vorgesehenen Bauteil mit den Öffnungen ausgestattet werden. Der Prozess kann in der Hinsicht so gestaltet werden, dass die Filterschicht mit einer Haltestruktur ausgestattet werden kann. Es könnten Trägerschichten eingesetzt werden, die in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren hergestellt wurden. Gleichzeitig kann das Trägermaterial, von der Rolle, direkt dem Verarbeitungsprozess (z.B. Spritzguss, Stanzen) zugeführt werden. Die Haltestrukturen oder Bauteile mit eingebetteter Trägerschicht, für die nachträglich Perforation, könnten beispielsweise Ringe, Rechtecke oder Freiformen sein, die zum einen die plane Verarbeitung der Trägerschicht ermöglicht und unterstützt sowie eine ungehinderte nachträglich Perforation erlaubt. Trägerschichten die bereits modifiziert wurden, können neben einfachen Bauteilen wie Ringe oder Rechtecke in komplizierteren Bauteilen wie beispielsweise Zylindern direkt ein- und umspritzt werden. Advantageously, the filter layer can be provided with the openings both before and after processing or incorporation into the intended component. The process can be designed in such a way that the filter layer can be equipped with a support structure. Backing sheets could be used that are formed in a roll-to-roll process were manufactured. At the same time, the carrier material, off the roll, can be fed directly to the manufacturing process (e.g. injection molding, stamping). The holding structures or components with an embedded carrier layer for the subsequent perforation could be, for example, rings, rectangles or free forms, which on the one hand enables and supports the planar processing of the carrier layer and also allows an unhindered subsequent perforation. Carrier layers that have already been modified can be directly injected and encapsulated in more complicated components such as cylinders, in addition to simple components such as rings or rectangles.

Zudem ist eine Nachbearbeitung der Filterschicht im Bauteil möglich. Die Einbettung entsprechender Filterschichten ist dementsprechend anspruchslos und bietet dem Produktionsprozess insofern den Vorteil, dass automatisiert eine große Anzahl an bearbeitbaren Rohlingen gefertigt werden kann. Vorteilhaft zu anderen Verfahren muss die potentielle Mikrostrukturierung nicht von Beginn der Fertigung definiert werden und erlaubt somit eine höhere Flexibilität hinsichtlich einer späteren Verwendbarkeit. Gleichzeitig kann die Anordnung der Mikrostrukturierung anwendungsspezifisch erfolgen und muss nicht für jeden Prozess gleich gestaltet werden. Hier liegt der wesentliche Unterschied zu allen bisher auf dem Markt erhältlichen Produkten. Der Fertigungsprozess ist hochgradig individualisierbar und erlaubt es kostengünstig und spezifisch Systeme zu fertigen, die nicht vom Ausgangmaterial bestimmt werden. In herkömmlichen Verfahren müssen Poren und Maschenweiten von Beginn an definiert werden. Da die Laserablation ein abtragendes Verfahren ist, kann die Mikrostrukturierung als nachgeschaltet Verfahren erfolgen. Damit wird eine prozessbezogene Individualisierbarkeit ermöglicht, die es erlaubt kostengünstig Kleinst- und Kleinserien umzusetzen. In addition, post-processing of the filter layer in the component is possible. The embedding of corresponding filter layers is accordingly undemanding and offers the production process the advantage that a large number of workable blanks can be manufactured automatically. Advantageously compared to other methods, the potential microstructuring does not have to be defined from the beginning of production and thus allows greater flexibility with regard to later usability. At the same time, the arrangement of the microstructuring can be application-specific and does not have to be the same for every process. This is the main difference to all products previously available on the market. The manufacturing process can be customized to a high degree and allows systems to be manufactured cost-effectively and specifically that are not determined by the starting material. In conventional processes, pores and mesh sizes have to be defined from the start. Since laser ablation is a process that removes material, microstructuring can be carried out as a downstream process. This enables process-related customization, which allows the cost-effective implementation of small and small series.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Oberfläche der Filterschicht zusätzlich durch additive Verfahren und/oder chemische Modifikationen und/oder biologische Modifikationen modifiziert. Die Modifikation können sowohl vor als nach der Laserablation erfolgen. Ein additives Verfahren ist z. B. ein 3D-Druck. Durch additive Verfahren können besonders vorteilhaft zusätzliche unterstützende, steuernde oder regelnde Strukturen auf der Oberfläche angebracht und aufgebracht werden. In the method according to the invention, the surface of the filter layer is additionally modified by additive methods and/or chemical modifications and/or biological modifications. The modification can take place both before and after the laser ablation. An additive method is z. a 3D print. Additional supporting, controlling or regulating structures can be attached and applied to the surface in a particularly advantageous manner by means of additive processes.

Der Einsatz der Laserablation hat zudem den entscheidenden Vorteil, dass die Modifikation der Oberfläche im Prozess anwendungsspezifisch durchführbar und damit hochgradig individualisierbar ist. Der Fertigungsprozess wird anwendungsorientiert und damit nicht mehr vom verfügbaren Ausgangsmaterial bestimmt. Der Zugang zu Kleinst- und Kleinserien, um Spezialanwendungen umzusetzen wird damit viel einfacher umsetzbar. Gleichzeitig kann die Kombination von Laserablation und additiven Verfahren im Nano- und Mikrometermaßstab aktive steuerbare hydrodynamische Prozesse ermöglichen. Als Trennwand oder Stützmatrix kann die Funktionsoberfläche für die Anzucht von biologischen Filmen verwendet werden. Die Funktionalität der Mikroperforation mittels der Laserablation ermöglicht die Durchlässig zur Ver- und Entsorgung der biologischen Komponente. Gleichzeitig hilft die Modifizierbarkeit der Trägermatenalien, mittels additiver Verfahren, biologische Parameter zu bestimmen und zu steuern. The use of laser ablation also has the decisive advantage that the surface can be modified in the process in an application-specific manner and can therefore be highly individualized. The manufacturing process is application-oriented and is therefore no longer determined by the available starting material. Access to very small and small series in order to implement special applications is therefore much easier to implement. At the same time, the combination of laser ablation and additive processes on the nano and micrometer scale can enable actively controllable hydrodynamic processes. The functional surface can be used as a partition or support matrix for growing biological films. The functionality of the microperforation by means of laser ablation enables the supply and disposal of the biological component to be permeable. At the same time, the modifiability of the carrier materials helps to determine and control biological parameters using additive processes.

Vorzugsweise werden in dem Verfahren Laserablation und additive Verfahren zum Herstellen zusätzlicher Porenstrukturen in einem stufigen Prozess kombiniert durchgeführt. Die Porenöffnung könnte so generiert werden, dass die Öffnung der Richtung eines Flüssigkeitsflusses zugewandt oder von der Fließrichtung abgewandt sein kann. In the method, laser ablation and additive methods for producing additional pore structures are preferably carried out in combination in a staged process. The pore opening could be generated in such a way that the opening can face the direction of a liquid flow or can face away from the flow direction.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen The invention is explained in more detail with reference to the figures. Show it

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung. FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a device according to the invention.

Figur 2 eine schematische Darstellung einer Oberfläche einer Filterschicht mit einer definierten Form und Verteilung der Poren. Figur 3 eine schematische Darstellung einer Oberfläche einer Ausführungsform der Filterschicht, zusammen mit einem vergrößerten Ausschnitt. FIG. 2 shows a schematic representation of a surface of a filter layer with a defined shape and distribution of the pores. FIG. 3 shows a schematic representation of a surface of an embodiment of the filter layer, together with an enlarged section.

Figur 4 eine vergleichende schematische Darstellung der Oberflächen einer Filterschicht ohne (A) und mit Stegen (B). FIG. 4 shows a comparative schematic representation of the surfaces of a filter layer without (A) and with webs (B).

Figur 5 eine schematische Darstellung einer Oberfläche einer Ausführungsform einer Filterschicht mit aufgebrachten Leitbahnen, zusammen mit einem vergrößerten Ausschnitt. FIG. 5 shows a schematic representation of a surface of an embodiment of a filter layer with applied interconnects, together with an enlarged section.

Figur ß Darstellung verschiedener Porenformen in einer Oberfläche einer Filterschicht (a - g). Figure ß Representation of different pore shapes in a surface of a filter layer (a - g).

Figur 7 Darstellung verschiedener Möglichkeiten der Anordnung von Poren in der Oberfläche einer Filterschicht (a - e). FIG. 7 Representation of different possibilities for the arrangement of pores in the surface of a filter layer (a-e).

Figur 8 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung. FIG. 8 shows a schematic representation of a further embodiment of a device according to the invention.

Figur 9 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung. FIG. 9 shows a schematic representation of a further embodiment of a device according to the invention.

Figur 10: Ein Fließdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. FIG. 10: A flow diagram of an embodiment of the method according to the invention.

Figur 11 : ein Fließdiagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. FIG. 11: a flow chart of a further embodiment of the method according to the invention.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung 1 dargestellt. Die Einrichtung 1 weist in der Ausführungsform gemäß Fig. 1a ein Gehäuse 2 auf. Im Innenraum 3 des Gehäuses 2 ist eine Filterschicht 10 angeordnet. Die Filterschicht 10 ist in Fig. 1a ohne eine Unterstützungsmatrix angeordnet, d.h. sie wurde beim Herstellungsprozess direkt in das Gehäuse 2 eingearbeitet. 1 shows an embodiment of a device 1 according to the invention. The device 1 has a housing 2 in the embodiment according to FIG. 1a. A filter layer 10 is arranged in the interior 3 of the housing 2 . The filter layer 10 is arranged in Fig. 1a without a support matrix, i.e. it was incorporated directly into the housing 2 during the manufacturing process.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 b weist das Gehäuse 2 ein Gehäuseoberteil 4 und ein Gehäuseunterteil 5 auf, die miteinander reversibel verbindbar sind, z.B. durch einen Schraubverschluss. Hier ist die Filterschicht 10 im oberen Bereich des Gehäuseunterteils 5 angeordnet. Dabei ist die Filterschicht 10 hier auf einem Einleger 6 angeordnet, der als Unterstützungsmatrix für die mechanische Stabilität funktioniert. In the embodiment according to FIG. 1b, the housing 2 has a housing upper part 4 and a housing lower part 5, which are reversible with one another are connected, for example by a screw cap. Here the filter layer 10 is arranged in the upper area of the lower housing part 5 . Here, the filter layer 10 is arranged on an insert 6, which functions as a support matrix for the mechanical stability.

In einer alternativen Ausführungsform kann die Filterschicht 10 auch derart mit dem Einleger s kombiniert werden, dass die Filterschicht 10 direkt im Einleger 6 eingearbeitet wird und dann fest mit diesem verbunden ist. Werden die Gehäuseteile 4, 5 jeweils mit zwei Ein- und Auslässen modifiziert, kann die Einrichtung 1 als Cross-Flow-Filter verwendet werden. In an alternative embodiment, the filter layer 10 can also be combined with the insert s in such a way that the filter layer 10 is incorporated directly into the insert 6 and is then firmly connected to it. If the housing parts 4, 5 are each modified with two inlets and outlets, the device 1 can be used as a cross-flow filter.

In Fig. 2 ist die Filterschicht 10 dargestellt. Die Filterschicht 10 besteht aus Polylactiden. Alternativ kann die Filterschicht 10 auch aus einem anderen geeigneten natürlichen oder rein synthetischen Polymer oder einem Gemisch von entsprechenden Polymeren hergestellt sein. In Fig. 2, the filter layer 10 is shown. The filter layer 10 consists of polylactides. Alternatively, the filter layer 10 can also be made from another suitable natural or purely synthetic polymer or a mixture of corresponding polymers.

Die Dicke der Filterschicht 10 beträgt 500 pm. Die Schichtdicke kann alternativ auch dünner oder dicker sein; sie kann so gewählt werden, dass sie den gewünschten Anforderungen genügt. Die Abmessungen in Höhe und Breite sind entsprechend einer geplanten Anwendung ebenfalls frei wählbar und können z.B. 10 cm (Höhe) und 8 cm (Breite) betragen. The thickness of the filter layer 10 is 500 μm. Alternatively, the layer thickness can also be thinner or thicker; it can be chosen to meet the desired requirements. The dimensions in height and width can also be freely selected according to a planned application and can be e.g. 10 cm (height) and 8 cm (width).

Die Filterschicht 10 weist eine Anzahl Poren 20 auf. Die Poren 20 sind in der Oberfläche 30 der Filterschicht 10 rechteckig ausgebildet und in einem geordneten Muster in definierten Reihen angeordnet. Die Poren 20 haben dabei Dimensionen von 250 - 1000 pm. The filter layer 10 has a number of pores 20 . The pores 20 are rectangular in the surface 30 of the filter layer 10 and are arranged in an ordered pattern in defined rows. The pores 20 have dimensions of 250-1000 μm.

In Fig. 3 ist die Filterschicht 10 gemäß Fig. 2 detaillierter gezeigt. Dazu ist die Filterschicht 10 mit einem vergrößerten Ausschnitt A gezeigt. Die Poren 20 sind in rechteckigen Karrees 21 aus 24 (4x6 Reihen) Poren 20 angeordnet. Zwischen den Karrees 21 ist jeweils ein Abstand ausgebildet. Die Karrees 21 sind gleichmäßig über die Oberfläche 30 der Filterschicht 10 verteilt. FIG. 3 shows the filter layer 10 according to FIG. 2 in more detail. For this purpose, the filter layer 10 is shown with an enlarged section A. The pores 20 are arranged in rectangular squares 21 of 24 (4×6 rows) pores 20 . A distance is formed between the squares 21 in each case. The squares 21 are evenly distributed over the surface 30 of the filter layer 10 .

In Fig. 4 sind vergleichend zwei Ausbildungen der Porenverteilung dargestellt. In Fig. 4A entspricht die Porenverteilung in der Filterschicht 10 dabei den Fig. In Fig. 4, two configurations of the pore distribution are shown in comparison. In Fig. 4A, the pore distribution in the filter layer 10 corresponds to Fig.

1 und 2. Die Poren 20 sind in Karrees 21 angeordnet, die voneinander abgegrenzt, aber gering beabstandet sind. In Fig. 4B sind die Abstände zwischen den Karrees 21 deutlicher ausgebildet. Die Flächen zwischen den Karrees 21 werden auch als Stege 22 bezeichnet. 1 and 2. The pores 20 are arranged in squares 21 which are demarcated but closely spaced. In Fig. 4B are the distances formed between the squares 21 more clearly. The areas between the squares 21 are also referred to as webs 22 .

Die Stege 22 fungieren als Platzhalter, auf denen z.B. Leitbahnen 23 angeordnet werden können (Fig. 5). Die Beschaffenheit der Leitbahnen 23 erlaubt die Ableitung von Widerständen. Leitbahnen 23 können in allen Stegen 22 angeordnet sein. Alternativ können Leitbahnen auch nur in einigen Stegen angeordnet sein. Ein vergrößerter Ausschnitt in Fig. 5 zeigt eine detailliertere Ansicht der Poren 20 und Leitbahnen 23. The webs 22 act as placeholders, on which e.g. interconnects 23 can be arranged (Fig. 5). The nature of the interconnects 23 allows resistances to be dissipated. Conductors 23 can be arranged in all webs 22 . Alternatively, interconnects can also only be arranged in a few webs. An enlarged section in Fig. 5 shows a more detailed view of the pores 20 and interconnects 23.

Die Poren 20 können neben der in Fig. 2 - 5 gezeigten rechteckigen Form eine beliebige andere Form aufweisen. In Fig. 6 sind beispielhaft verschiedene mögliche Porenformen gezeigt: a) rechteckig, b) kreuzförmig, c) kreisförmig, d) kreis- und rechteckig kombiniert, e) oval, f) oval und rechteckig kombiniert, g) dreieckig und rechteckig kombiniert, dabei im Wesentlichen dreieckig). Weitere Formen sind möglich. The pores 20 can have any other shape besides the rectangular shape shown in FIGS. 2-5. 6 shows various possible pore shapes by way of example: a) rectangular, b) cross-shaped, c) circular, d) circular and rectangular combined, e) oval, f) oval and rectangular combined, g) triangular and rectangular combined essentially triangular). Other shapes are possible.

In Fig. 7 sind Möglichkeiten gezeigt, wie die Poren 20 gleicher oder verschiedener Formen in der Filterschicht 10 angeordnet sein können. Dabei sind die Anordnungen jeweils als Karree 21 gezeigt. In Fig. 7a sind dreieckige Poren 20 alternierend mit spitzen oder flachen Seiten zueinander angeordnet. In Fig. 7b sind dreieckige Poren 20 im Unterschied zu a) derart angeordnet, dass sie mit den spitzen Seiten versetzt zueinander angeordnet sind, so dass die Spitzen nebeneinander und nicht zueinander liegen. In Fig. 7c sind rechteckige Poren 20 in einem Karree 21 so angeordnet, dass in der oberen und unteren Reihe jeweils 8 Poren 20 mit den langen Seiten zueinander und in den beiden mittleren Reihen jeweils drei Poren 20 mit den kurzen Seiten zueinander angeordnet sind. In Fig. 7d sind die Poren der beiden mittleren Reihen wie in Fig. 7c angeordnet. Die Poren 20 der oberen und unteren Reihe sind ähnlich wie in Fig. 7c mit den langen Seiten zueinander, dabei aber in leicht geneigter Form (obere Reihe mit Neigung nach links, untere Reihe mit Neigung nach rechts) angeordnet. In Fig. 7e sind drei Reihen von jeweils drei rechteckigen Poren 20 mit den kurzen Seiten zueinander angeordnet. Alternierend ist zwischen den Reihen mit rechteckigen Poren 20 jeweils eine Reihe mit kreisförmigen Poren 20 angeordnet. Es ist klar, dass die Porenformen und die Anordnungen der Poren 20 nicht auf die gezeigten Beispiele beschränkt sind. Weiteren Kombinationsmöglichkeiten in der Ausbildung und Anordnung der Poren 20 sind möglich. Possibilities are shown in FIG. 7 as to how the pores 20 of the same or different shapes can be arranged in the filter layer 10 . The arrangements are each shown as a square 21 . In Fig. 7a triangular pores 20 are arranged alternately with pointed or flat sides to each other. In FIG. 7b, in contrast to a), triangular pores 20 are arranged in such a way that they are arranged with the pointed sides offset to one another, so that the points lie next to one another and not one another. In FIG. 7c, rectangular pores 20 are arranged in a square 21 such that 8 pores 20 are arranged in the upper and lower rows with the long sides facing each other and three pores 20 are arranged in each case with the short sides facing each other in the two middle rows. In FIG. 7d the pores of the two middle rows are arranged as in FIG. 7c. The pores 20 of the top and bottom rows are arranged with the long sides to one another, similar to FIG. 7c, but in a slightly inclined configuration (top row tilting to the left, bottom row tilting to the right). In FIG. 7e, three rows of three rectangular pores 20 each are arranged with the short sides facing each other. A row with circular pores 20 is arranged alternately between the rows with rectangular pores 20 . It is clear that the pore shapes and the arrangements of the pores 20 are not limited to the examples shown. Further possible combinations in the formation and arrangement of the pores 20 are possible.

In Fig. 8 ist eine Ausführungsform eines Systems 40 gezeigt, die eine Einrichtung 1 mit zwei Filterschichten 10 aufweist, nämlich einer ersten (unteren) Filterschicht 11 und einer zweiten (oberen) Filterschicht 12. Das System 40 stellt in Fig. 8 ein Siebsystem dar. Ein Konnektor 41 verbindet die Einrichtung 1 mit einem Auffanggefäß 42 und ermöglicht einen Anschluss eines Filterunterstützungssystems. Im oberen Bereich des Systems 40 ist ein Trichter 43 angeordnet, der zum Vergrößern eines Aufgabevolumens eines zu filternden Mediums vorgesehen ist. In Fig. 8 an embodiment of a system 40 is shown, which has a device 1 with two filter layers 10, namely a first (lower) filter layer 11 and a second (upper) filter layer 12. The system 40 in Fig. 8 represents a sieve system A connector 41 connects the device 1 to a collecting vessel 42 and enables a filter support system to be connected. A funnel 43 is arranged in the upper area of the system 40, which is provided for enlarging a feed volume of a medium to be filtered.

Die zweite Filterschicht 12 kann auslaufsicher oberhalb der ersten Filterschicht 11 angeordnet werden. Dabei unterscheiden sich die beiden Filterschichten 11 , 12 in mindestens einem Parameter, und zwar mindestens in der Porosität, so dass die Porosität der zweiten Filterschicht 12 größer ist als die der ersten Filterschicht 11. Die zweite Filterschicht 12 ist optional, d.h. das System 40 funktioniert auch allein mit der ersten Filterschicht 11 . The second filter layer 12 can be arranged above the first filter layer 11 in a leakproof manner. The two filter layers 11, 12 differ in at least one parameter, at least in the porosity, so that the porosity of the second filter layer 12 is greater than that of the first filter layer 11. The second filter layer 12 is optional, i.e. the system 40 works also alone with the first filter layer 11 .

In Fig. 9 ist eine weitere Ausführungsform des Systems 40 gezeigt. Das System 40 in Fig. 9 stellt dabei ein Siebsystem für einen Flaschenaufsatzfilter dar. Dabei ist die erste Filterschicht 11 in einer ersten Siebeinrichtung 45 angeordnet, und die zweite Filterschicht 12 in einer zweiten, oberhalb der ersten Siebeinrichtung angeordneten Siebeinrichtung 46 angeordnet. Auch hier unterscheiden sich die beiden Filterschichten 11 , 12 in mindestens einem Parameter, und zwar mindestens in der Porosität, so dass die Porosität der zweiten Filterschicht 12 größer ist als die der ersten Filterschicht 11 . Auch hier ist zweite Filterschicht 12 optional (dementsprechend die zweite Siebeinrichtung 46), d.h. das System 40 funktioniert auch allein mit der ersten Filterschicht 11 . Another embodiment of the system 40 is shown in FIG. The system 40 in FIG. 9 represents a sieve system for a bottle-top filter. The first filter layer 11 is arranged in a first sieve device 45 and the second filter layer 12 is arranged in a second sieve device 46 arranged above the first sieve device. Here, too, the two filter layers 11 , 12 differ in at least one parameter, namely at least in the porosity, so that the porosity of the second filter layer 12 is greater than that of the first filter layer 11 . Here, too, the second filter layer 12 is optional (correspondingly the second screening device 46), i.e. the system 40 also functions with the first filter layer 11 alone.

In einem Verfahren gemäß Fig. 10 zum Herstellen einer Filterschicht 10 wird in einem ersten Schritt S1 ein Rohling einer Schicht aus Polylactiden in einer geeigneten, dem Fachmann geläufigen Einrichtung bereitgestellt. Der Rohling kann z.B. von einer Rolle stammen, also durch ein Rolle-zu-Rolle-Verfahren abgebildet werden. Der Rohling kann z.B. durch eine Haltestruktur gehalten werden. In a method according to FIG. 10 for producing a filter layer 10, in a first step S1 a blank of a layer made of polylactides is provided in a suitable device familiar to a person skilled in the art. The blank can come from a roll, for example, ie by a roll-to-roll process be mapped. The blank can be held by a holding structure, for example.

In einem zweiten Schritt S2 wird der Rohling mittels einer Lasereinrichtung in einem Verfahren zur Laserablation bearbeitet. Dabei werden Poren in den Rohling eingefügt. In a second step S2, the blank is processed using a laser device in a laser ablation method. In the process, pores are inserted into the blank.

In einem dritten Schritt S3 wird der Rohling (nunmehr als Filterschicht 10 zu bezeichnen) direkt dem Spritzguss zugeführt. Dabei werden die Ränder der Filterschicht 10 mit einem Material umhüllt, die Filterschicht 10 sozusagen eingebettet, so dass sie z.B. als Filter verwendet werden kann. Das besagte Material ist zum Spritzguss geeignet; es kann z.B. das gleiche Material wie die Filterschicht 10 aufweisen, oder ein anderes, dem Fachmann bekanntes, z.B. Kunststoff. Der Filter kann wiederum in einem Bauteil verbaut werden. In a third step S3, the blank (to be referred to now as the filter layer 10) is fed directly to the injection molding process. The edges of the filter layer 10 are covered with a material, the filter layer 10 is embedded, so to speak, so that it can be used as a filter, for example. Said material is suitable for injection moulding; it may, for example, comprise the same material as the filter layer 10, or a different material known to those skilled in the art, e.g., plastic. The filter can in turn be installed in a component.

In einem vierten Schritt S4 wird die Oberfläche der Filterschicht 10 zusätzlich durch additive Verfahren modifiziert. Zusätzlich oder alternativ kann die Oberfläche auch chemisch modifiziert werden. Die Schritte S2, S3 und S4 sind vertauschbar, d.h. die Modifikationen durch additive Verfahren können auch vor der Laserablation durchgeführt werden. In a fourth step S4, the surface of the filter layer 10 is additionally modified by additive methods. Additionally or alternatively, the surface can also be chemically modified. Steps S2, S3 and S4 are interchangeable, i.e. the modifications by additive methods can also be carried out before the laser ablation.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens, die ebenfalls anhand von Fig. 10 erklärt wird, wird die erfindungsgemäße Filterschicht 10 während der Bearbeitung in ein Bauteil überführt, das die Filterschicht 10 aufweisen soll. Dabei wird Schritt S1 wie in dem Verfahren gemäß Fig. 10 durchgeführt. In Schritt S2 wird der Rohling in einem Bauteil verspritzt und dann in Schritt S3 durch Laserablation bearbeitet. Schritt S4 entspricht dann wieder Schritt S4 gemäß dem Verfahren von Fig. 10. Die Modifikation mittels additiver Verfahren kann auch hier sowohl vor als aus nach dem Spritzguss erfolgen, sowie vor der Laserablation. Das fertige Bauteil kann wiederum als Einlegeteil in einem weiteren Bauteil verbaut werden In a further embodiment of the method, which is also explained with reference to FIG. 10, the filter layer 10 according to the invention is converted during processing into a component which is to have the filter layer 10. In this case, step S1 is carried out as in the method according to FIG. In step S2, the blank is injected into a component and then processed by laser ablation in step S3. Step S4 then again corresponds to step S4 according to the method of FIG. 10. The modification by means of additive methods can also take place here both before and after the injection molding, as well as before the laser ablation. The finished component can in turn be installed as an insert in another component

Das Einfügen in ein Bauteil kann auch vor der Laserablation erfolgen. Mit anderen Worten kann Schritt S3 in Fig. 10 auch mit Schritt S2 getauscht werden. Die Filterschicht 10 kann damit bearbeitet werden, sowohl bevor als auch nachdem sie in ein Bauteil eingefügt wird. In einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß Fig. 11 wird in einem S1 wie in dem Verfahren gemäß Fig. 10 durchgeführt. In Schritt S2 wird der Rohling in einem Bauteil verspritzt. In einem dritten Schritt S3 wird die Oberfläche des Rohlings chemisch modifiziert. In einem vierten Schritt S4 wird die Oberfläche des Rohlings durch Laserablation bearbeitet. In einem fünften Schritt S5 wird die Filterschicht 10 durch additive Verfahren modifiziert. Die Modifikation der Folienoberfläche erfolgt auch hier nach dem Spritzguss-Prozess spezifisch, die Modifikation der Folienoberfläche mit additiven Verfahren kann sowohl vor als auch nach der Laserablation erfolgen. Die fertigen Bauteile können wiederum als Einlegeteil in einem weiteren Bauteil verbaut werden. The insertion into a component can also take place prior to laser ablation. In other words, step S3 in FIG. 10 can also be swapped with step S2. The filter layer 10 can thus be processed both before and after it is inserted into a component. In one embodiment of the method according to FIG. 11, the same as in the method according to FIG. 10 is carried out in an S1. In step S2, the blank is injected into a component. In a third step S3, the surface of the blank is chemically modified. In a fourth step S4, the surface of the blank is machined by laser ablation. In a fifth step S5, the filter layer 10 is modified by additive methods. Here, too, the modification of the foil surface takes place specifically after the injection molding process, the modification of the foil surface with additive processes can take place both before and after the laser ablation. The finished components can in turn be installed as an insert in another component.

Bezugszeichenliste Reference List

1 Einrichtung 1 facility

2 Gehäuse 2 housing

3 Gehäuseinnenraum 3 housing interior

4 Gehäuseoberteil 4 Housing top

5 Gehäuseunterteil 5 lower part of the housing

6 Einleger 6 depositors

10 Filterschicht 10 filter layer

11 erste Filterschicht 11 first filter layer

12 zweite Filterschicht 12 second filter layer

20 Pore 20 pore

21 Karree von Poren 21 square of pores

22 Steg 22 footbridge

23 Leitbahn 23 meridian

30 Oberfläche der Filterschicht30 surface of the filter layer

40 System 40 systems

41 Konnektor 41 connector

42 Auffanggefäß 42 collection vessel

43 Trichter 43 funnels

45 erste Siebeinrichtung 45 first screening device

46 zweite Siebeinrichtung 46 second screening device

A vergrößerter Ausschnitt A enlarged detail

Claims

Patentansprüche patent claims 1. Einrichtung (1 ) zum Filtern eines fluiden Materials, umfassend eine mindestens ein polymeres Material aufweisende Filterschicht (10) mit mindestens einer porösen und mikrostrukturierten Oberfläche (30), die Poren (20) mit einer definierten Form aufweist, die gezielt im Material der Filterschicht (10) verteilt sind, so dass die Filterschicht (10) perforierte und nicht perforierte Bereiche aufweist. 1. Device (1) for filtering a fluid material, comprising a filter layer (10) having at least one polymeric material and having at least one porous and microstructured surface (30) having pores (20) with a defined shape that are specifically formed in the material of the Filter layer (10) are distributed so that the filter layer (10) has perforated and non-perforated areas. 2. Einrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die definierte Form der2. Device (1) according to claim 1 or 2, wherein the defined shape of the Poren (10) aus der Gruppe umfassend runde, ovale, eckige Formen oder Freiformen, die durch eine Kombination der runden, ovalen und eckigen Formen hergestellt werden, ausgewählt wird. Pores (10) are selected from the group consisting of round, oval, angular shapes or free shapes that are produced by a combination of the round, oval and angular shapes. 3. Einrichtung (1 ) nach einem vorherigen Ansprüche, bei der die mikrostrukturierte Oberfläche (30) eine Anzahl an eine Anzahl an unterstützenden, steuernden und/oder regelnden Strukturen im Nanometer-Mikrometerbereich aufweist, die zum Steuern der Filtration des fluiden Mediums ausgebildet sind. 3. Device (1) according to one of the preceding claims, in which the microstructured surface (30) has a number of a number of supporting, controlling and/or regulating structures in the nanometer-micrometer range, which are designed to control the filtration of the fluid medium. 4. Einrichtung (1 ) nach Anspruch 3, bei der die Strukturen ausgewählt sind aus einer Gruppe mit erhabenen Geometrien, vertiefenden Geometrien und zuführende Geometrien. 4. Device (1) according to claim 3, in which the structures are selected from a group with raised geometries, recessed geometries and feeding geometries. 5. Einrichtung (1 ) nach Anspruch 4, wobei die Strukturen mit erhabenen5. Device (1) according to claim 4, wherein the structures with raised Geometrien Halbkugeln, Pyramiden, Pyramiden mit abgerundeter Spitze, Kegel, Kegel mit abgerundeter Spitze und/oder Zylinder aufweisen. geometries include hemispheres, pyramids, rounded-topped pyramids, cones, rounded-topped cones, and/or cylinders. 6. Einrichtung (1 ) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die vertiefenden Geometrien nicht perforierende Abtragungen sind. 6. Device (1) according to claim 3 or 4, wherein the deepening geometries are non-perforating ablations. RECTIFIED SHEET (RULE 91 ) ISA/EP RECTIFIED SHEET (RULE 91 ) ISA/EP 7. Einrichtung (1 ) nach Anspruch 3, 4 oder 5, wobei die zuführenden7. Device (1) according to claim 3, 4 or 5, wherein the feeding Geometrien eine schaufelartige Ausbildung aufweisen. Geometries have a shovel-like formation. 8. Einrichtung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die8. Device (1) according to any one of the preceding claims, wherein the Filterschicht (10) zwischen einem oberen und unteren Bereich der Einrichtung angeordnet ist und der obere und untere Bereich eine zuführende Leitung und eine wegführende Leitung für das fluide Medium ausbilden, so sich die Filterschicht (10) im Strömungsweg des fluiden Mediums befindet. filter layer (10) is arranged between an upper and lower region of the device and the upper and lower regions form a supply line and a lead-out line for the fluid medium, so that the filter layer (10) is in the flow path of the fluid medium. 9. Einrichtung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Poren9. Device (1) according to any one of the preceding claims, wherein the pores (20) der Filterschicht (10) derart angeordnet sind, dass Stege (22) zwischen Bereichen mit Poren (20) angeordnet sind. (20) of the filter layer (10) are arranged in such a way that webs (22) are arranged between areas with pores (20). 10. Einrichtung (1 ) nach Anspruch 6, bei der im Bereich der Stege (22) mindestens eine Leitbahn (23) angeordnet ist. 10. Device (1) according to claim 6, in which at least one interconnect (23) is arranged in the region of the webs (22). 11. Einrichtung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Poren11. Device (1) according to any one of the preceding claims, wherein the pores (20) eine Größe im Bereich von 250 nm - 5 mm, insbesondere im Bereich von 250 - 1000 pm aufweisen. (20) have a size in the range of 250 nm-5 mm, in particular in the range of 250-1000 μm. 12. System mit einer Einrichtung (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 - 11 , umfassend mindestens eine Leitung für ein fluides Medium, in der die Einrichtung (1 ) zum Filtern des fluiden Materials angeordnet ist. 12. System with a device (1) according to any one of claims 1-11, comprising at least one line for a fluid medium, in which the device (1) for filtering the fluid material is arranged. 13. System nach Anspruch 12, das als Lab-On-Chip-System ausgebildet ist. 13. System according to claim 12, which is designed as a lab-on-chip system. 14. Verfahren zum Herstellen einer Einrichtung (1 ) mit einer mindestens eine poröse und mikrostrukturierte Oberfläche aufweisenden Filterschicht (10), mit den Schritten: 14. A method for producing a device (1) with a filter layer (10) having at least one porous and microstructured surface, with the steps: RECTIFIED SHEET (RULE 91 ) ISA/EP - Bereitstellen der Einrichtung in einer Einrichtung umfassend einen Laser, die zum Aufbringen von Strukturen in die Filterschicht mittels Laser ausgebildet ist, - Bearbeiten der Oberfläche der Filterschicht mit dem Laser, wobei dasRECTIFIED SHEET (RULE 91 ) ISA/EP - providing the device in a device comprising a laser, which is designed to apply structures in the filter layer by means of a laser, - processing the surface of the filter layer with the laser, the Material der Filterschicht durch Ausbilden von Poren perforiert wird, Material of the filter layer is perforated by forming pores, - Modifizieren der Oberfläche der Filterschicht durch mindestens ein additives Verfahren und/oder ein chemisches Verfahren. - Modifying the surface of the filter layer by at least one additive method and/or a chemical method. RECTIFIED SHEET (RULE 91 ) ISA/EP RECTIFIED SHEET (RULE 91 ) ISA/EP
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