DE112004003058B4 - Microfluidic coupling device with variable flow resistance and microfluidic arrangement - Google Patents
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Abstract
Mikrofluidisches
Kopplungsgerät
(63, 77, 95) aufweisend:
einen Anschluss (49, 67, 69),
einen
mikrofluidischen Flusspfad (5, 7), der an den Anschluss (49, 67,
69) gekoppelt ist,
einen Ventilschieber (1, 35, 53, 65, 79,
97) mit einem mikrofluidischen Steuerungselement (3, 13) zum Kontrollieren des
Flusses innerhalb des mikrofluidischen Flusspfades (5, 7),
dadurch
gekennzeichnet, dass das Steuerungselement (3, 13) des Ventilschiebers
(1, 35, 53, 65, 79, 97) einen sich verjüngenden Flusspfad (5, 7) mit
einem variablen Flusswiderstand aufweist, wobei der sich verjüngende Flusspfad (5,
7) einen Einlass (5,7,47) mit einem Auslass (5, 7, 47) verbindet,
wobei das mikrofluidische Kopplungsgerät (63, 77, 95) aus einer flachen
Mehrlagenfolie (103, 105) aufgebaut ist, und wobei die Mehrlagenfolie
(103, 105) drei Lagen (103, 105) aufweist und der Ventilschieber
in einer mittleren Lage (103) der Mehrlagenfolie (103, 105) ausgeführt ist.Microfluidic coupling device (63, 77, 95) comprising:
a connection (49, 67, 69),
a microfluidic flow path (5, 7) coupled to the port (49, 67, 69),
a valve spool (1, 35, 53, 65, 79, 97) having a microfluidic control element (3, 13) for controlling the flow within the microfluidic flow path (5, 7),
characterized in that the control element (3, 13) of the valve spool (1, 35, 53, 65, 79, 97) has a tapered flow path (5, 7) with a variable flow resistance, the tapered flow path (5, 7 ) connects an inlet (5, 7, 47) to an outlet (5, 7, 47), wherein the microfluidic coupling device (63, 77, 95) is constructed from a flat multilayer film (103, 105), and wherein the multilayer film ( 103, 105) has three layers (103, 105) and the valve slide in a middle layer (103) of the multilayer film (103, 105) is executed.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf mikrofluidische Labortechnologie für chemische, physikalische und/oder biologische Analysen, Separationen oder Synthesen von Substanzen auf einem Substrat mit einer mikrofluidischen Struktur. Sie bezieht sich insbesondere auf mikrofluidische Kopplungsgeräte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The present invention relates generally to microfluidic Laboratory technology for chemical, physical and / or biological analyzes, separations or syntheses of substances on a substrate with a microfluidic Structure. It relates in particular to microfluidic coupling devices according to the preamble of claim 1.
Es
besteht eine wachsende Nachfrage nach biologischen Fluidprozessierungssystemen,
die einen Bedarf an kleinen fluidischen Kopplungsgeräten erzeugt
haben. Derartige miniaturisierte mikrofluidische Geräte müssen verschiedene
Anforderungen erfüllen,
wie zum Beispiel geringes Totvolumen und kurze Flusspfade mit einem
Querschnitt so konstant wie möglich.
Dies führt
grundsätzlich
zu einer verbesserten Leistungscharakteristik. Ein Ansatz in diesem Gebiet – verglichen
zum Beispiel mit der Verwendung von Ventilen mit gefädelten Anschlüssen – ist die
Verwendung von mikrofluidischen Chips, die an sich drehende Ventilelemente
gekoppelt sind, zur Flusssteuerung des innerhalb des Chips ausgeführten mikrofluidischen
Prozesses. Lösungen
werden zum Beispiel in der
Durch
die enorme Anzahl von zu handhabenden Proben und mikrofluidischen
Prozessen ergeben sich Bestrebungen in diesem Gebiet die Prozesse
in mikrofluidischen Geräten
zu integrieren. Diese Ansätze
haben zu hoch integrierten mikrofluidischen System und komplexen
auszuführenden Prozessen
geführt
und entsprechend zu verstärkten Ausgaben
beim Steuern. Insbesondere ist das Koppeln und Fluss-Steuern eine
bedeutende Angelegenheit der letzten Entwicklungen in dem technischen Gebiet
der mikrofluidischen Geräte,
wie dies zum Beispiel in der
Aus
der
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Fluss-Steuern, und/oder Koppeln von mikrofluidischen Geräten zu erreichen. Die Aufgabe wird durch Vorrichtungen mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 5 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen werden in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.It The object of the present invention is improved flow control, and / or coupling of microfluidic devices. The task By devices having the features of claims 1 and 5 solved. Preferred embodiments are set forth in the dependent claims.
Gemäß der vorliegenden Erfindungen wird die Aufgabe gelöst durch ein mikrofluidisches Kopplungsgerät mit Ventilschieber. Der Schieber ist dazu angepasst, den Fluss innerhalb eines Flusspfades des mikrofluidischen Kopplungsgerätes zu steuern. Dabei wird der Fluss innerhalb des Flusspfades durch Bewegen des Schiebers gesteuert. Dazu weist der Schieber ein mikrofluidisches Steuerelement auf, das einen variablen Flusswiderstand hat.According to the present Inventions, the task is solved through a microfluidic coupling device with valve slide. The slider is adapted to the flow within a flow path of the microfluidic coupling device to control. In doing so, the flow within the flow path is through Moving the slider controlled. For this purpose, the slider has a microfluidic Control on which has a variable flow resistance.
In Ausführungsformen kann der Schieber geradlinig bewegbar oder relativ zu dem mikrofluidischen Kopplungsgerät drehbar ausgebildet sein. Zur Flusssteuerung kann der Flusspfad an zumindest einer Vertiefung, Schlitz, Aussparung, Fase, Loch und/oder Stufe des Steuerelements gekoppelt werden. Der Flusspfad kann durch Bewegen des Schiebers von der Vertiefung, Schlitz, Aussparung, Fase, Loch und/oder Stufe gekoppelt oder separiert werden. Vorteilhafterweise werden die Vertiefung, Schlitz, Aussparung, Fase, Loch und/oder Stufe zum Erzeugen eines Flussreglers verjüngt oder zugespitzt.In embodiments the slide can be moved in a straight line or relative to the microfluidic coupling device be formed rotatable. For flow control, the flow path at least one recess, slot, recess, chamfer, hole and / or Level of the control to be coupled. The river path can through Moving the slider from the recess, slot, recess, chamfer, hole and / or stage are coupled or separated. advantageously, be the recess, slot, recess, chamfer, hole and / or Stage for generating a flow regulator tapered or tapered.
In Ausführungsformen kann der Ventilschieber innerhalb eines Chips integriert sein. Der Ventilschieber kann ein Ventil innerhalb des Gerätes darstellen. Vorteilhafterweise werden keine zusätzlichen externen Ventilkomponententeile zur Steuerung des Flusses innerhalb des Flusspfades benötigt. Das Steuerungsgerät kann zwischen einer oberen Schicht und einer unteren Schicht des Chips integriert sein. Die Schichten können durch eine Separationsschicht derselben Dicke wie das Steuergerät separiert werden. Die Dicke der oberen und unteren Schicht des Chips kann variieren. Die Separationsschicht kann einen Ausschnitt zur Aufnahme des Ventilschiebers aufweisen. Vorteilhafterweise wird der Ventilschieber unterstützt, um an den Oberflächen der oberen Schicht und der unteren Schicht geschoben oder gedreht zu werden. Die obere und die untere Schicht können zusammen mit dem Ausschnitt aus der Separationsschicht eine flache und rechtwinklige Aussparung bilden, zur Aufnahme des Ventilschiebers und um diesen geradlinig schiebbar zu lagern. Der Flusspfad kann an einen zweiten Flusspfad oder an den Anschluss des mikrofluidischen Kopplungsgerätes über das Kontrollelement gekoppelt sein. Der Fluss wird zwischen den zwei Anschlüssen gesteuert, die an beliebige andere mikrofluidische Geräte gekoppelt werden können.In embodiments the valve spool can be integrated within a chip. Of the Valve slide can represent a valve within the device. advantageously, will be no additional external Valve component parts for controlling flow within the flow path needed. The control device can be between an upper layer and a lower layer of the Be integrated chips. The layers can pass through a separation layer the same thickness as the controller are separated. The fat The upper and lower layers of the chip can vary. The separation layer may have a cutout for receiving the valve spool. Advantageously, the valve spool is supported to on the surfaces the upper layer and the lower layer pushed or rotated to become. The top and bottom layers can be joined together with the neckline from the separation layer, a flat and rectangular recess form, for receiving the valve spool and this rectilinear slidably store. The flow path may be to a second flow path or to the connection of the microfluidic coupling device via the Be coupled control. The flow is controlled between the two ports, which can be coupled to any other microfluidic devices.
Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine Anordnung zum Handhaben von Flüssigkeit innerhalb eines mikrofluidischen Gerätes mit zumindest einem integrierten Kopplungsgerät mit Ventilschieber wie oben beschrieben. Das mikrofluidische Gerät weist zumindest einen Anschluss und zumindest einen an den Anschluss gekoppelten mikrofluidischen Flusspfad auf. Der Flusspfad und/oder der Anschluss werden/wird durch das Kopplungsgerät Fluss-gesteuert, sowie abgedichtet, geschaltet oder gekoppelt. Vorzugsweise können das Kopplungsgerät, der Flusspfad und/oder der Anschluss durch ein externes Dichtungselement abgedichtet werden.The invention further relates to an arrangement for handling liquid within a microfluidic device with at least an integrated coupling device with valve slide as described above. The microfluidic device has at least one connection and at least one microfluidic flow path coupled to the connection. The flow path and / or the port are / is flow-controlled by the coupling device, as well as sealed, switched or coupled. Preferably, the coupling device, the flow path and / or the port can be sealed by an external sealing element.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Heranziehung der Zeichnungen erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche Merkmale beziehen.The Invention will be explained below with reference to the drawings, wherein the same reference numerals to the same or functionally identical or similar Refer to features.
Die
Flusspfade
Das
sich verjüngende
Steuerungselement
Der
Ventilschieber
Der
Schlitz
Die
Das
Steuerungselement
In
einer ersten Stellung, wie in den
In
einer zweiten Stellung ist der Anschluß
Die
untere und die obere Lage
Der
Ventilschieber
Die
mikrofluidischen Geräte
Nicht sichtbare Teile werden gepunktet dargestellt.Not visible parts are shown dotted.
Das
Kopplungsgerät
Das
Kopplungsgerät
Der
Ventilrotor
Die
in den verschiedenen Figuren dargestellten Merkmale, insbesondere
unterschiedliche Steuerelemente
In anderen Ausführungsformen sind mikrofluidische Geräte Anordnungen mit mehr als einem mikrofluidischen Kopplungsgerät möglich.In other embodiments are microfluidic devices Arrangements with more than one microfluidic coupling device possible.
In weiteren Ausführungsformen können diese Anordnungen biegbar oder verdrehbar ausgebildet sein.In further embodiments can these arrangements can be made bendable or rotatable.
Die mikrofluidischen Anordnungen können durch einen im Stand der Technik bekannten Laminationsprozess hergestellt werden.The Microfluidic arrangements can by made a known in the art lamination process become.
Schließlich können die mehrlagigen mikrofluidischen Anordnungen mehr als drei Lagen und/oder mehr als ein mikrofluidisches Kopplungsgerät aufweisen.Finally, the multilayer microfluidic arrangements more than three layers and / or more as a microfluidic coupling device.
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