DE112004003058B4 - Microfluidic coupling device with variable flow resistance and microfluidic arrangement - Google Patents

Microfluidic coupling device with variable flow resistance and microfluidic arrangement Download PDF

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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.

Figure 00000001
Figure 00000001

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 US 2003/0015682 A1 oder in der EP 1520837 A1 offenbart.There is a growing demand for biological fluid processing systems that have created a need for small fluidic coupling devices. Such miniaturized microfluidic devices must meet various requirements, such as low dead volume and short flow paths with a cross section as constant as possible. This basically leads to improved performance characteristics. One approach in this field - compared, for example, with the use of threaded connector valves - is the use of microfluidic chips coupled to rotating valve elements for flow control of the microfluidic process carried out within the chip. Solutions are for example in the US 2003/0015682 A1 or in the EP 1520837 A1 disclosed.

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 EP 1536228 A1 gezeigt wird. Das Erhöhen der Komplexität der ausgeführten Prozesse und die Miniaturisierung von mikrofluidischen Geräten führt im Allgemeinen nachteilhafterweise zu höheren Ausgaben für mikrofluidischen Verbindungen, d. h. um diese auszuführen, zu schalten und/oder Fluss zu steuern.Due to the enormous number of samples to be handled and microfluidic processes, efforts in this field are being made to integrate the processes in microfluidic devices. These approaches have led to highly integrated microfluidic systems and complex processes to be performed, and accordingly to increased expense in controlling. In particular, coupling and flow control is an important matter of recent developments in the technical field of microfluidic devices, as shown for example in US Pat EP 1536228 A1 will be shown. Increasing the complexity of the processes performed and the miniaturization of microfluidic devices generally disadvantageously results in higher microfluidic compound outputs, ie, to perform, switch, and / or control flow.

Aus der WO 2004/012862 A2 ist ein mikrofluidischer Chip mit gegeneinander verschiebbaren Strukturen bekannt. Für eine fluidische Steuerschaltung sind ebenfalls gegeneinander verschiebbaren Strukturen beschrieben in der DE 27 04 869 B2 . Passive Flussbegrenzungsgeräte sind offenbart in der US 5,655,568 A . Ein Mikroventil beschreibt die DE 39 17 396 C2 .From the WO 2004/012862 A2 is a microfluidic chip with mutually displaceable structures known. For a fluidic control circuit are also mutually displaceable structures described in the DE 27 04 869 B2 , Passive flow restriction devices are disclosed in U.S. Patent No. 5,376,074 US 5,655,568 A , A micro valve describes the DE 39 17 396 C2 ,

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.

1 und 2 zeigen in Draufsicht einen Ventilschieber mit unterschiedlichen Steuerelementen. 1 and 2 show in plan view a valve spool with different controls.

3 zeigt eine teilweise schematische Draufsicht auf ein mikrofluidisches Gerät mit einem mikrofluidischen Ventilschieber. 3 shows a partially schematic plan view of a microfluidic device with a microfluidic valve spool.

4 und 5 zeigen schematische Teil-Draufsichten auf ein anderes mikrofluidisches Gerät mit einem anderen mikrofluidischen Ventilschieber in unterschiedlichen Darstellungen. 4 and 5 show schematic partial plan views of another microfluidic device with another microfluidic valve spool in different representations.

6 zeigt eine teilweise longitudinale Ansicht des mikrofluidischen Gerätes nach 4 mit einem mikrofluidischen Ventilschieber in einer ersten Anordnung, entlang der Linien B-B in 4. 6 shows a partial longitudinal view of the microfluidic device after 4 with a microfluidic valve spool in a first arrangement, along the lines BB in FIG 4 ,

7 zeigt eine teilweise longitudinale Ansicht des mikrofluidischen Gerätes nach 5 mit dem mikrofluidischen Ventilschieber in einer zweiten Anordnung, entlang der Linien C-C in 5. 7 shows a partial longitudinal view of the microfluidic device after 5 with the microfluidic valve spool in a second arrangement, along the lines CC in 5 ,

8 zeigt ein mikrofluidisches Kopplungsgerät. 8th shows a microfluidic coupling device.

9 zeigt eine longitudinale Ansicht eines mikrofluidischen Kopplungsgerätes nach 8, gezeigt entlang der Linien D-D in 8. 9 shows a longitudinal view of a microfluidic coupling device according to 8th , shown along the lines DD in 8th ,

10 zeigt eine Draufsicht eines anderen mikrofluidischen Kopplungsgerätes. 10 shows a plan view of another microfluidic coupling device.

11 zeigt eine Schnittansicht eines mehrlagigen Ventilschiebers. 11 shows a sectional view of a multi-layer valve spool.

1 zeigt in Draufsicht einen Ventilschieber 1, der ein flaches Material, zum Beispiel eine Folie, aufweist mit einem Steuerungselement 3 zum Steuern des Flusses innerhalb zweier Flusspfade 5 und 7 – angedeutet mit gepunkteten Linien. Der Ventilschieber 1 stellt ein Steuerungsgerät zum Steuern des Flusses innerhalb der Flusspfade 5 und 7 dar. 1 shows in plan view a valve spool 1 which has a flat material, for example a foil, with a control element 3 for controlling the flow within two flow paths 5 and 7 - indicated by dotted lines. The valve spool 1 provides a controller for controlling the flow within the flow paths 5 and 7 represents.

Die Flusspfade 5 und 7 sind Teil eines mikrofluidischen Gerätes (in dieser Figur nicht gezeigt). Der Ventilschieber 1 ist wie ein Rechteck geformt und kann senkrecht, in Ausführungsformen eckig, bewegt werden in Bezug auf die Flussrichtung der Flusspfade 5 und 7 – wie mit einem doppelten Pfeil 9 dargestellt. Das Steuerungselement 3 stellt ein Fluid führendes Element dar. Es wird an die Flusspfade 5 und 7 gekoppelt, so dass die Flusspfade 5 und 7 über das Steuerelement 3 gekoppelt werden. Dementsprechend ist die Länge des Steuerungselements 3 zumindest so lange wie der Abstand zwischen den Flusspfaden 5 und 7 gegenüberliegend zu dem Ventilschieber 1. Die Flusspfade 5 und 7 können optional gekoppelt oder separiert werden durch Bewegen des Ventilschiebers senkrecht zu der Flussrichtung der Flusspfade 5 und 7. Nicht sichtbare Seitenwände 11 benachbart zu dem Steuerungselement 3 des Ventilschiebers 1 können einen oder beide der Flusspfade 5 und 7 schließen. In Ausführungsbeispielen stellen die Seitenwände 11 Dichtungsoberflächen für die Flusspfade 5 und 7 mit einer Leckage von weniger als einem Prozent des Flusses innerhalb der Flusspfade 5 und 7 dar.The river paths 5 and 7 are part of a microfluidic device (not shown in this figure). The valve spool 1 is shaped like a rectangle and can be moved vertically, angular in embodiments, with respect to the flow direction of the flow paths 5 and 7 - as with a double arrow 9 shown. The control element 3 represents a fluid leading element. It is attached to the flow paths 5 and 7 coupled, so the flow paths 5 and 7 over the control 3 be coupled. Accordingly, the length of the control element 3 at least as long as the distance between the river paths 5 and 7 opposite to the valve spool 1 , The river paths 5 and 7 can be optionally coupled or separated by moving the valve spool perpendicular to the flow direction of the flow paths 5 and 7 , Invisible sidewalls 11 adjacent to the control element 3 of the valve spool 1 can use one or both of the river paths 5 and 7 shut down. In embodiments, the side walls 11 Sealing surfaces for the flow paths 5 and 7 with a leakage of less than one percent of the river within the river paths 5 and 7 represents.

2 zeigt einen Ventilschieber 1, aber mit einem sich verjüngendem Steuerungselement 13. 2 shows a valve spool 1 but with a tapered control element 13 ,

Das sich verjüngende Steuerungselement 13 stellt einen sich verjüngenden Flusspfad mit einem variablen Flusswiderstand dar. Der Flusswiderstand kann durch Schieben des Ventilschiebers 1 von einem Minimumwert zu einem Maximumwert variiert werden. Beim Maximumwert sind die Flusspfade 5 und 7 praktisch abgedichtet. Der minimale Wert kann dadurch erreicht werden, indem ein erster Endpunkt 15 des sich verjüngenden Steuerungselements 13 auf den Flusspfad 5 geschoben wird. Der Maximalwert kann durch Bewegen eines zweiten Endpunktes 17 des sich verjüngenden Steuerungselementes 13 oder eher der Seitenwand 11 des Ventilschiebers 1 nahe des Endpunktes 17 auf dem Flusspfad 7 erreicht werden. Der sich verjüngende Flusspfad des sich verjüngenden Steuerungselementes 13 hat eine maximale Querschnittsfläche bei dem ersten Endpunkt 15 und eine minimale Querschnittsfläche bei dem zweiten Endpunkt 17.The tapered control element 13 represents a tapered flow path with a variable flow resistance. The flow resistance can be achieved by sliding the valve spool 1 be varied from a minimum value to a maximum value. At the maximum value are the flow paths 5 and 7 practically sealed. The minimum value can be achieved by adding a first endpoint 15 the tapered control element 13 on the river path 5 is pushed. The maximum value can be achieved by moving a second endpoint 17 the tapered control element 13 or rather the sidewall 11 of the valve spool 1 near the endpoint 17 on the river path 7 be achieved. The tapered flow path of the tapered control element 13 has a maximum cross-sectional area at the first endpoint 15 and a minimum cross-sectional area at the second endpoint 17 ,

3 zeigt eine schematische Teildraufsicht auf ein mikrofluidisches Gerät 33 mit einem mikrofluidischen Ventilschieber 35. 3 shows a schematic partial plan view of a microfluidic device 33 with a microfluidic valve slide 35 ,

Der Ventilschieber 35 weist ein Steuerungselement 13 mit einem sich verjüngenden Schlitz 37 auf. Der Ventilschieber 35 ist innerhalb des mikrofluidischen Gerätes 33 integriert. Nicht sichtbare Teile werden mit gepunkteten Linien dargestellt. Das mikrofluidische Gerät 33 weist eine obere Lage 39, eine Separationslage 41 (nicht sichtbar) und eine untere Lage 43 (ebenso nicht sichtbar) auf. Der Ventilschieber 35 ist bewegbar – Pfeil 9 – und ist in einem Ausschnitt 45 der Separationslage 41 zwischen der oberen Lage 39 und der Separationslage 41 angeordnet. Die obere Lage 39, der Ausschnitt 45 und der Separationslage 41 und die untere Lage 43 stellen ein Lager für den Ventilschieber 35 dar. Die Dicke der Lagen 39, 41 und 43 des mikrofluidischen Gerätes 33 kann variieren.The valve spool 35 has a control element 13 with a tapered slot 37 on. The valve spool 35 is inside the microfluidic device 33 integrated. Invisible parts are shown with dotted lines. The microfluidic device 33 has an upper layer 39 , a separation situation 41 (not visible) and a lower layer 43 (also not visible). The valve slide about 35 is movable - arrow 9 - and is in a section 45 the separation position 41 between the upper layer 39 and the separation position 41 arranged. The upper layer 39 , the cutout 45 and the separation position 41 and the lower layer 43 Make a bearing for the valve spool 35 dar. The thickness of the layers 39 . 41 and 43 of the microfluidic device 33 may vary.

Der Schlitz 37 ist an einen Flusspfad 5 gekoppelt, der in der unteren Lage 43 des mikrofluidischen Gerätes 33 eingefügt ist, und an ein Loch 47 in der oberen Lage 39 des mikrofluidischen Gerätes 33. Das Loch 47 stellt einen Anschluss 49 des mikrofluidischen Gerätes 33 dar, zum Beispiel einen Einlass- oder einen Auslassanschluss. Der Anschluss 49 kann Fluss-gesteuert werden durch den Ventilschieber 35 mit dem Steuerungselement 13. Der Schlitz 37 des Steuerungselements 13 stellt einen Flussregulator mit der selben Funktionalität wie oben beschrieben (siehe 2) dar. Als Unterschied muss der Endpunkt 15 des Steuerungselementes 13 zu dem Loch 47 bewegt werden, um den minimalen Flusswiderstand zu erreichen und entsprechend dem maximalen Fluss durch den Anschluss 49 des mikrofluidischen Gerätes 33. In Ausführungsformen kann der Schlitz 37 durch eine sich verjüngende Vertiefung ersetzt werden. Das Loch 47 kann durch eine Durchgangsbohrung oder durch eine jegliche Durchgangsbohrung mit beliebiger Form erreicht werden.The slot 37 is on a river path 5 coupled in the lower layer 43 of the microfluidic device 33 is inserted, and to a hole 47 in the upper position 39 of the microfluidic device 33 , The hole 47 makes a connection 49 of the microfluidic device 33 For example, an inlet or outlet port. The connection 49 can be flow-controlled by the valve spool 35 with the control element 13 , The slot 37 of the control element 13 provides a flow regulator with the same functionality as described above (see 2 ). The difference must be the endpoint 15 of the control element 13 to the hole 47 are moved to achieve the minimum flow resistance and corresponding to the maximum flow through the connection 49 of the microfluidic device 33 , In embodiments, the slot 37 be replaced by a tapered depression. The hole 47 can be achieved through a through hole or through any through hole of any shape.

Die 4 und 5 zeigen schematische Draufsichten auf einen Teil eines anderen mikrofluidischen Gerätes 51 mit einem mikrofluidischen Ventilschieber 53 in unterschiedlichen Stellungen.The 4 and 5 show schematic plan views of a part of another microfluidic device 51 with a microfluidic valve slide 53 in different positions.

Das Steuerungselement 3 des Ventilschiebers 53 kann durch Löcher 55 erreicht werden, zum Beispiel Durchgangsbohrungen. Im Unterschied zu dem mikrofluidischen Gerät 33 wie in 3 beschrieben, sind die drei Löcher 47 der drei Anschlüsse 49 des mikrofluidischen Gerätes 51 im Wesentlichen in der selben Position wie die Enden der fünf Flusspfade 5 angeordnet, aber in unterschiedlichen Lagen implementiert, der oberen Lage 39 und der unteren Lage 43.The control element 3 of the valve spool 53 can through holes 55 be achieved, for example, through holes. In contrast to the microfluidic device 33 as in 3 described, are the three holes 47 the three connections 49 of the microfluidic device 51 essentially in the same position as the ends of the five flow paths 5 arranged but implemented in different layers, the upper layer 39 and the lower layer 43 ,

6 zeigt eine longitudinale Ansicht eines Teils des mikrofluidischen Gerätes nach 4 mit dem mikrofluidischen Ventilschieber 53 in einer ersten Stellung, gezeigt entlang der Linien B-B aus 4. 6 shows a longitudinal view of a part of the microfluidic device after 4 with the microfluidic valve slide 53 in a first position, shown along the lines BB 4 ,

7 zeigt eine longitudinale Ansicht eines Teils des mikrofluidischen Gerätes nach 5 mit dem mikrofluidischen Ventilschieber 53 in einer zweiten Stellung, gezeigt entlang der Linien C-C aus 5. 7 shows a longitudinal view of a part of the microfluidic device after 5 with the microfluidic valve slide 53 in a second position, shown along the lines CC 5 ,

In einer ersten Stellung, wie in den 4 und 6 gezeigt, ist der Anschluss 49 des mikrofluidischen Gerätes 51 mit dem Flusspfad 5 der unteren Lage 43 des mikrofluidischen Gerätes 51 über das Loch 47 der oberen Lage 39 und über das Loch 55 des Steuerungselements des Ventilschiebers 53 gekoppelt.In a first position, as in the 4 and 6 shown is the connection 49 of the microfluidic device 51 with the river path 5 the lower layer 43 of the microfluidic device 51 over the hole 47 the upper layer 39 and over the hole 55 the control element of the valve spool 53 coupled.

In einer zweiten Stellung ist der Anschluß 49 des mikrofluidischen Gerätes 51 geschlossen oder eher separiert von dem Flusspfad 5 durch eine obere Dichtungsoberfläche 57 und eine untere Dichtungsoberfläche 49 des Ventilschiebers 53.In a second position is the connection 49 of the microfluidic device 51 closed or rather separated from the river path 5 through an upper sealing surface 57 and a lower sealing surface 49 of the valve spool 53 ,

Die untere und die obere Lage 43 und 39 weisen jede eine innere Oberfläche 61 auf. Die Dichtungsoberflächen 57 und 59 werden gegen die innere Oberfläche 61 der Lagen 39 und 43 des mikrofluidischen Gerätes 51 gelegt, um den Flusspfad 5 abzudichten und den Anschluss 5 zu schließen.The lower and the upper layer 43 and 39 each have an inner surface 61 on. The sealing surfaces 57 and 59 be against the inner surface 61 the layers 39 and 43 of the microfluidic device 51 placed to the river path 5 seal and connect 5 close.

Der Ventilschieber 53 kann rechtwinklig geschoben werden, in Ausführungsformen eckig, in Bezug auf die Flussrichtung des Flusspfades 5 oder eher die Bildebene der 6 und 7, um die Position zu ändern.The valve spool 53 can be pushed at right angles, in embodiments angular, with respect to the flow direction of the flow path 5 or rather the picture plane of the 6 and 7 to change the position.

Die mikrofluidischen Geräte 33 und 51 sind dazu ausgebildet mikrofluidische Prozesse auszuführen, wie zum Beispiel Analyse- und Separationsprozesse oder Syntheseprozesse wie zum Beispiel ein PCR-Prozess.The microfluidic devices 33 and 51 are designed to perform microfluidic processes, such as analysis and separation processes or synthesis processes such as a PCR process.

8 zeigt ein mikrofluidisches Koppelgerät 63 mit einem Ventilschieber 65. 8th shows a microfluidic coupling device 63 with a valve spool 65 ,

9 zeigt eine longitudinale Ansicht des mikrofluidischen Kopplungsgerätes 63 nach 8, gezeigt entlang der Linien D-D der 8. 9 shows a longitudinal view of the microfluidic coupling device 63 to 8th , shown along the lines DD of 8th ,

Nicht sichtbare Teile werden gepunktet dargestellt.Not visible parts are shown dotted.

Das Kopplungsgerät 63 weist drei erste Anschlüsse 67 in der oberen Lage 39 und drei zweite Anschlüsse 69 in der unteren Lage 43 auf, die drei Paare von Anschlüssen 67 und 69 darstellen. Das Paar der Anschlüsse 67 und 69 kann jeweils durch den Ventilschieber 65 ausgewählt und mittels dem Flusspfad 5, der in der Separationslage 41 implementiert ist, gekoppelt werden über eine geradlinige Vertiefung 71 des Steuerungselements 3 des Ventilschiebers 65, über den in der oberen Lage 39 sich implementierten Flusspfad 7 und über ein Loch 72, zum Beispiel eine Bohrung, in der Separationslage 41. Die geradlinige Vertiefung 71 kann mit dem Ventilschieber 65 in drei unterschiedliche Kopplungspositionen bewegt werden. In 8 ist eine Kopplungspositionen dargestellt. Das Paar der Anschlüsse 67 und 69 – gezeigt von unten in 8 – wird an einen kontinuierlichen Flusspfad 73 gekoppelt. Für alle anderen Positionen des Ventilschiebers 65 innerhalb des Kopplungsgerätes 63 werden alle Flusspfade 5 und 7 des Kopplungsgerätes 63 durch longitudinale Seitenwände 75 des Ventilschiebers 65 abgedichtet. Entsprechend werden alle Paare der Anschlüsse 67 und 69 losgelöst.The coupling device 63 has three first connections 67 in the upper position 39 and three second connections 69 in the lower position 43 on, the three pairs of connections 67 and 69 represent. The pair of connections 67 and 69 can each through the valve spool 65 selected and by the flow path 5 who is in the separation position 41 is implemented via a rectilinear depression 71 of the control element 3 of the valve spool 65 , above in the upper layer 39 implemented flow path 7 and over a hole 72 , for example, a hole, in the separation position 41 , The rectilinear depression 71 can with the valve spool 65 be moved in three different coupling positions. In 8th a coupling positions is shown. The pair of connections 67 and 69 - shown from below in 8th - goes to a continuous flow path 73 coupled. For all their positions of the valve spool 65 within the coupling device 63 all become river paths 5 and 7 of the coupling device 63 through longitudinal sidewalls 75 of the valve spool 65 sealed. Accordingly, all pairs of connections become 67 and 69 detached.

Das Kopplungsgerät 63 ist dazu vorgesehen an andere mikrofluidische Geräte gekoppelt zu werden.The coupling device 63 is intended to be coupled to other microfluidic devices.

10 zeigt in Draufsicht ein anderes mikrofluidisches Kopplungsgerät 95 mit einem Ventilschieber, der als Ventilrotor 97 ausgeführt ist. Schieben soll in dieser Anmeldung als jegliche ebene Bewegung verstanden werden, insbesondere geradlinig und/oder rotierend. Nicht sichtbare Teile werden als gepunktet angedeutet. Im Folgenden sollen nur die Unterschiede zu dem Kopplungsgerät der 8 und 9 beschrieben werden. 10 shows in plan view another microfluidic coupling device 95 with a valve spool acting as a valve rotor 97 is executed. Sliding should be understood in this application as any plane movement, in particular straight and / or rotating. Invisible parts are indicated as dotted. In the following, only the differences to the coupling device of 8th and 9 to be discribed.

Der Ventilrotor 97 weist ein Loch 55, das einen in der oben Lage 39 des mikrofluidischen Kopplungsgerätes 95 enthaltenen Flusspfad 5 verbindet, und einen Flusspfad 7, der in der unteren Lage 43 des mikrofluidischen Kopplungsgerätes 95 enthalten ist, auf. Die Flusspfade 5 und 7 können voneinander entkoppelt werden durch Rotieren des Ventilrotors 97. 10 zeigt eine erste Stellung des Ventilrotors 97 in der die Flusspfade 7 und 9 miteinander verbunden sind und worin das Loch 55 des Ventilrotors 97 dicht an die Flusspfade 7 und 9 positioniert ist, um diese zu verbinden. In einer zweiten Stellung sind die Flusspfade 5 und 7 voneinander entkoppelt durch Dichtungsoberflächen 57 und 59 des Ventilrotors 97. Entsprechend werden die Anschlüsse 67 und 97 in dieser Stellung voneinander getrennt. Der Durchmesser des Ventilrotors 97 ist größer als die laterale Dimension des mikrofluidischen Kopplungsgerätes 95. Die Separationslage 41 des mikrofluidischen Kopplungsgerätes 95 weist einen teilrunden Ausschnitt 99 auf, der zusammen mit den inneren Oberflächen 61 der Lagen 39 und 43 ein Lager für den Ventilrotor 97 darstellen. Der Ventilrotor 97 kann durch Greifen und Betätigen der Aussparungen 81 in jedem Rotationssinne gedreht werden – wie mit einem Doppelpfeil 9 dargestellt.The valve rotor 97 has a hole 55 One in the top location 39 of the microfluidic coupling device 95 contained flow path 5 connects, and a river path 7 in the lower position 43 of the microfluidic coupling device 95 is included on. The river paths 5 and 7 can be decoupled from each other by rotating the valve rotor 97 , 10 shows a first position of the valve rotor 97 in the the river paths 7 and 9 connected to each other and what the hole 55 the valve rotor 97 close to the river paths 7 and 9 is positioned to connect these. In a second position are the river paths 5 and 7 decoupled from each other by sealing surfaces 57 and 59 the valve rotor 97 , Accordingly the connections become 67 and 97 separated in this position. The diameter of the valve rotor 97 is greater than the lateral dimension of the microfluidic coupling device 95 , The separation position 41 of the microfluidic coupling device 95 has a partial round section 99 on that together with the inner surfaces 61 the layers 39 and 43 a bearing for the valve rotor 97 represent. The valve rotor 97 can by grabbing and pressing the recesses 81 to be rotated in any sense of rotation - as with a double arrow 9 shown.

11 zeigt eine Schnittansicht eines mikrofluidischen Mehrlagenventilschiebers 101 mit einer Mehrlagenfolie, die drei Lagen hat: Eine mittlere Lage 103 und zwei Dichtlagen 105. Die mittlere Lage 103 kann ein Material aufweisen, das dazu angepasst ist, den mikrofluidischen Mehrlagenventilschieber 101 zu versteifen. Die zwei Dichtungslagen 105 können ein Material aufweisen, das dazu angepasst ist zu dichten und Reibung zu verringern. Zum Beispiel kann die mittlere Lage 103 mit einem Oberfläche modifizierenden Material und/oder einem Material mit einem geringen Reibungskoeffizienten bedeckt werden, wie zum Beispiel Teflon, Gummi oder ähnliches, um die Dichtungslagen 105 darzustellen. Daneben können die Lagen 39 und 43 ein Material aufweisen, das dazu angepasst ist abzudichten und die Reibung zu reduzieren und/oder ein Material das zum Versteifen angepasst ist. 11 shows a sectional view of a microfluidic multi-layer valve spool 101 with a multilayer film that has three layers: a middle layer 103 and two sealing layers 105 , The middle position 103 may comprise a material adapted to the microfluidic plunger valve 101 to stiffen. The two gasket layers 105 may comprise a material adapted to dense and reduce friction. For example, the middle position 103 be covered with a surface modifying material and / or a material with a low coefficient of friction, such as Teflon, rubber or the like, around the gasket layers 105 display. In addition, the layers can 39 and 43 a material adapted to seal and reduce friction and / or a material adapted for stiffening.

Die in den verschiedenen Figuren dargestellten Merkmale, insbesondere unterschiedliche Steuerelemente 3 und/oder 13, können in Ausführungsbeispielen kombiniert werden.The features shown in the various figures, in particular different controls 3 and or 13 , can be combined in embodiments.

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.

Claims (5)

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 connector ( 49 . 67 . 69 ), a microfluidic flow path ( 5 . 7 ) connected to the port ( 49 . 67 . 69 ), a valve spool ( 1 . 35 . 53 . 65 . 79 . 97 ) with 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 ) a tapered flow path ( 5 . 7 ) having a variable flow resistance, wherein the tapered flow path ( 5 . 7 ) an inlet ( 5 . 7 . 47 ) with an outlet ( 5 . 7 . 47 ), wherein the microfluidic coupling device ( 63 . 77 . 95 ) from a flat multilayer film ( 103 . 105 ), and wherein the multilayer film ( 103 . 105 ) three layers ( 103 . 105 ) and the valve slide in a middle position ( 103 ) of the multilayer film ( 103 . 105 ) is executed. Mikrofluidisches Kopplungsgerät (63, 77, 95) nach Anspruch 1, wobei der Ventilschieber (1, 35, 53, 65, 79, 97) dazu angepasst ist, geradlinig oder relativ zu dem mikrofluidischen Kopplungsgerät (63, 67, 95) rotierend zu gleiten.Microfluidic coupling device ( 63 . 77 . 95 ) according to claim 1, wherein the valve spool ( 1 . 35 . 53 . 65 . 79 . 97 ) is adapted to be rectilinear or relative to the microfluidic coupling device ( 63 . 67 . 95 ) to rotate. Mikrofluidisches Kopplungsgerät (63, 77, 95) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mehrlagenfolie die mittlere Lage (103) und zwei Dichtungslagen (105), insbesondere zwei Dichtungslagen (105), die ein Oberflächen modifizierendes Material und/oder ein Material mit einem geringen Reibungskoeffizienten, vorzugsweise Teflon, aufweist.Microfluidic coupling device ( 63 . 77 . 95 ) according to claim 1 or 2, wherein the multilayer film is the middle layer ( 103 ) and two gasket layers ( 105 ), in particular two gasket layers ( 105 ) having a surface modifying material and / or a material having a low coefficient of friction, preferably Teflon. Mikrofluidisches Kopplungsgerät (63, 77, 95) nach einem der Ansprüche 1–3, wobei der Ventilschieber (1, 35, 53, 65, 79, 97) zwischen einer oberen Lage und einer unteren Lage eines mikrofluidischen Chips integriert ist.Microfluidic coupling device ( 63 . 77 . 95 ) according to any one of claims 1-3, wherein the valve spool ( 1 . 35 . 53 . 65 . 79 . 97 ) is integrated between an upper layer and a lower layer of a microfluidic chip. Mikrofluidische Anordnung mit: einem mikrofluidischen Gerät, das dazu angepasst ist, einen mikrofluidischen Prozess durchzuführen, und einem mikrofluidischen Kopplungsgerät (63, 77, 95) nach einem der Ansprüche 1–4 zum Steuern des mikrofluidischen Prozesses.A microfluidic device comprising: a microfluidic device adapted to perform a microfluidic process and a microfluidic coupling device ( 63 . 77 . 95 ) according to any one of claims 1-4 for controlling the microfluidic process.
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