CN117940216A - 微流体装置和用于运行微流体装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微流体装置(100)，其具有用于导引液体(112)的供给通道(110)，其中所述供给通道(110)通入到通道接合部位(117)中。此外，所述装置(100)包括：用于进一步导引液体(112)的第一输出通道(115)，其中所述输出通道通过所述通道接合部位(117)与所述供给通道(110)流体地连接；用于进一步导引液体(112)的阀预先通道(105)，其中所述输出通道通过所述通道接合部位(117)与所述供给通道(110)流体地连接；以及阀(125)，所述阀布置在所述阀预先通道(105)与第二输出通道(120)之间。所述阀预先通道(105)在所述装置(100)的准备运行的状态中包括用于相对于所述液体(112)对所述阀(125)进行屏蔽的气体体积(130)。

Description

微流体装置和用于运行微流体装置的方法

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求所述类型的一种微流体装置和一种用于运行微流体装置的方法。

背景技术

微流体的分析***、所谓的Lab-on-Chip(芯片实验室)(简称LoCs)允许自动化地、可靠地、快速地、紧凑地且成本低廉地处理患者试样以便用于医学诊断。通过许多用于流体的受控操纵的操作的组合，能够在芯片实验室筒上实施复杂的分子诊断的测试流程。

发明内容

面临这个背景，用这里所介绍的方案提出根据独立权利要求所述的一种微流体装置和一种用于运行微流体装置的方法。通过在从属权利要求中所列举的措施，能够实现在独立权利要求中所说明的装置的有利的拓展方案和改进方案。

这里所介绍的微流体装置有利地适当地被构造用于防止微流体阀的密封件渗透。此外，能够允许由制造技术引起的或者在所述装置的所规定的使用中出现的公差，而所述公差不以关键的方式影响到所述装置的微流体的功能性。以特别有利的方式，能够在微流体装置中微流体地运送被溶解在液体中的试样材料，其中能够禁止在微流体阀的密封面的区域中形成液体膜。因此，这里所介绍的装置能够以特别有利的方式来使用，以便在微流体***中实现按顺序的流程、也就是说微流体过程(在所述微流体过程中不同的液体溶液被泵送穿过微流体网络的区域)，而不会由于微流体阀上的密封件渗透而出现不同的液体溶液的不受欢迎的混合或者通常关于预先给定的过程步骤出现液体溶液的量的损失。

介绍一种微流体装置，其中该装置具有用于导引液体的供给通道，其中所述供给通道通入到通道接合部位中。此外，所述装置包括：用于进一步导引液体的第一输出通道，其中所述第一输出通道通过通道接合部位与所述供给通道流体地连接；用于进一步导引液体的阀预先通道，其中所述阀预先通道通过通道接合部位与所述供给通道流体地连接；以及布置在所述阀预先通道与第二输出通道之间的阀。所述阀预先通道在所述装置的准备运行的状态中包括用于相对于液体对所述阀进行屏蔽的气体体积。优选所述微流体装置由此包括尤其能够处于所述阀预先通道中的液体，其中尤其在按规定使用所述微流体装置时在所述液体与所述阀之间存在气体体积。因此，“准备运行的状态”由此能够优选是指，所述液体的至少一部分处于所述供给通道中和/或所述通道接合部位中和/或所述阀预先通道中，并且气体体积处于所述阀预先通道中。所述气体体积能够是一定量的气体混合物、例如空气或者是单一的气体、例如氮气。

所述阀预先通道优选根据所使用的液体的毛细长度和/或表面张力而具有预先给定的最大宽度、尤其是所述阀预先通道的横截面的最大的侧向伸展度，从而有利地通过所述表面张力至少在所述阀预先通道的与通道接合部位邻接的部分区域中引起所述气体体积与所述液体之间的相界面的几何形状的稳定。在此，所述最大宽度能够优选小于或等于毛细长度的1.5倍。非常优选的是，所述最大宽度小于所述液体的毛细长度。

所述微流体装置例如能够是微流体的分析筒，该分析筒能够用于分析例如患者试样。作为补充方案或替代方案，所述微流体装置例如能够用于实施其它微流体操作和应用、像比如从试样物质中提取组成部分或者在微流体***中培养细胞。为此，所述装置能够具有多个不同的微流体通道、阀和腔室，它们例如能够被构造用于导引液体或用于实施不同的反应。所述通道接合部位尤其能够是多条通道的连接部，使得流体能够从这些通道之一转移到这些通道中的另一条通道中。优选所述通道接合部位将三条通道连接起来、在其他的设计方案中将四条或四条以上的通道连接起来。所述通道接合部位能够是多条通道的交叉部、例如是三条通道的T形交叉部。在特殊的设计方案中，所述通道接合部位也能够具有一个或多个另外的用于暂时阻断流体的阀。所述液体例如能够具有试样材料或者说试样物质，它们能够在微流体装置的内部被处理。所述试样材料例如能够是水溶液，其例如从比如人体来源的、诸如体液、涂片、分泌物、唾沫、组织试样的生物物质中提取或从具有附着的试样材料的装置中提取。所述试样液体能够比如具有医学的、临床的、诊断的或治疗的相关性的物种、像比如细菌、病毒、细胞、循环肿瘤细胞、无细胞DNA、蛋白质或其它生物标志物或特别是来自所提到的对象物的组成部分。例如，所述试样液体能够是所谓的主混合物(Mastermix)或其组成部分，其例如用于实施至少一种例如用于分子层面上的DNA检测的扩增反应、像比如等温扩增反应或聚合酶链式反应。

为了处理试样材料，例如能够将在所述装置中所使用的液体在阀关闭的情况下引导穿过供给通道。在此，尤其在使用基于膜片的阀时应当防止液体推进至所述阀，以便例如防止在阀区域中的密封件渗透或者也防止例如借助于毛细力引发的、用液体润湿所述阀的情况。相应有利的是，在这里所介绍的装置中在所述供给通道与所述阀之间布置了阀预先通道。所述阀预先通道也能够被称为容量式毛细管阀预先通道(KKVV通道)或英语为capacitive capillary valve pre-channel(CCVP channel)。在此涉及所述微流体***的结构上的功能元件，该元件能够用于改进所述微流体***中的液体导引并且尤其用于防止所述阀的可能的密封件渗透。所述装置尤其基于以下认识，即：在阀上(其膜片没有与液体接触)不会出现该阀的通过毛细力引起的渗透并且所述***中的短时间的压力波动通过在阀之前在阀预先通道中被包住的气体体积的容量效应来得到补偿，并且由此能够防止处于所述气体体积之后的阀的泄漏。在此，除了在所述阀预先通道中存在的气体体积的容量效应之外，这里所介绍的装置的特别有利的功能性也通过所述阀预先通道中的所存在的相界面的几何形状的、基于毛细力的稳定性来产生，该稳定性能够引起以下结果，即：短时间地通过压力波动挤入到所述阀预先通道中的液体通过在被包住的气体体积中形成的反压力又能够完全被从所述阀预先通道中排出。

根据一种实施方式，所述阀能够被构造用于将阀预先通道与第二输出通道分开。例如，如果所述液体为了处理而应该从供给通道被引导到第一输出通道中时，那就能够关闭所述阀并且由此将所述第二输出通道与所述阀预先通道分开。通过这种有利的方式，例如不仅所述阀而且所述阀预先通道都能够作为微流体的功能单元的分开元件起作用。在这方面，微流体元件的布置结构能够被理解为功能单元，所述微流体元件的布置结构在其整体上提供至少一种功能性、通常也提供多种功能性，所述功能性能够用于实施微流体流程。例如能够在所述微流体流程的过程中按顺序地连续地使用所述功能单元。在此能够值得期望的是，在功能单元在微流体流程的过程中按计划地使用之前，在所述功能单元中不出现液体输送。否则，这可能不利地影响所述功能单元的功能性。在这方面，阀预先通道连同处于其后面的阀因此用作进入通道或者说门，其用于与微流体的功能单元受控地交换液体。通过这种功能性，能够有利地实现所述装置的微流体网络的各个区域的可靠的微流体的绝缘直至其使用，并且能够防止在微流体流程的不同的过程步骤之间的不期望的微流体的串扰。

根据另一种实施方式，所述阀预先通道能够相对于供给通道基本上成直角地布置，并且作为补充方案或替代方案相对于第一输出通道基本上成直角地布置。例如所述阀预先通道连同处于其后面的阀能够近乎T形地被连接到微流体网络的其它通道、像比如供给通道和第一输出通道上。由于所述阀预先通道T形地连接到微流体网络的通道上，一方面能够以有利的方式在液体挤入到所述阀预先通道中之前实现相界面的钉扎(Pinning)。另一方面，由于阀预先通道连同处于其后面的阀几乎直角地连接到液体供给通道上而能够防止出现通过液体施加到阀上的惯性力。换句话说，必要的方向变化或者液体流的转向例如能够通过合适的通道导引来实现，在所述通道导引中所述通道的壁承受惯性力或者脉冲传递，所述脉冲传递在液体流转向时能够由所述液体传递。

根据另一种实施方式，所述阀预先通道能够疏水地构成，并且所述供给通道以及作为补充方案或替代方案所述第一输出通道能够亲水地构成。例如不仅所述供给通道而且所述第一输出通道都能够亲水地构成。有利的是，由此能够使液体在这些通道中的导引变得容易并且同时防止液体挤入到疏水地构成的阀预先通道中。

根据另一种实施方式，所述装置能够被构造为基于压力的***。例如，所述基于压力的***能够通过至少两种压力水平的加载在所述装置中实现受控的微流体的液体运送。在此，所述装置例如能够基于柔性膜片的使用，所述柔性膜片能够被集成到所述装置中并且所述柔性膜片能够用于在料筒中建立液体运送。后者例如能够通过所述膜片朝装置的为此设置的空隙中的、受控的基于压力的、也就是说气动地控制的偏移来实现，以便就这样引起液体的有针对性的挤出。将柔性膜片集成到所述装置中的做法同样联合了多个优点：因此，如刚刚所提到的一样，能够利用所述膜片朝装置中的为此设置的所限定的空隙中的针对性的偏移，以便挤出并且处理所限定的液体量。此外，通过柔性膜片的使用，能够在处理期间将所述液体几乎完全封入在装置中并且仅仅需要通气口。由此能够有利地防止试样污染环境或者反之亦然。此外，这样的微流体的芯片实验室筒能够成本低廉地由聚合物通过批量生产方法、例如注塑或激光透射焊接的使用来制造。

根据另一种实施方式，所述阀能够基于膜片地构成。例如，尤其是为了控制在基于压力的微流体装置内部的流体运送，能够使用基于膜片的阀。在此，能够通过柔性膜片到阀接片上的偏移来控制通过微流体的通道的流量。为此，材料的合适的表面特性、像比如所限定的表面粗糙度会是必要的，以便借助于这样的基于膜片的微流体阀来实现尽可能好的密封。有利的是，基于膜片的阀能够成本低廉地来制造并且用于在所述装置的内部引导流体。

根据另一种实施方式，所述阀能够包括用于使膜片受控地偏移到阀空隙中的操控通道。例如，所述微流体阀的开关能够通过弹性膜片的、基于压力的朝阀空隙中的偏移来实现，其中能够通过气动的操控通道将压力加载到所述膜片上。这具有所述阀能够精确地***控的优点。

根据另一种实施方式，所述阀预先通道能够具有0.5mm至10mm的长度，并且作为补充方案或替代方案能够具有100x100μm²至3x3mm²的横截面，并且作为补充方案或替代方案能够具有100nl至5μl的容积。有利的是，通过这样的尺寸比例能够利用在阀预先通道内部出现的毛细力，以便在液体进入到阀预先通道中时引起相界面的几何形状的毛细稳定。所述阀预先通道的宽度或者说横截面的尺寸尤其小于所使用的液体的毛细长度。在另一种实施方式中，所述阀预先通道的宽度是所述液体的毛细长度的0.1倍至1.5倍、优选是所述液体的毛细长度的0.2倍至1.0倍并且特别优选是所述液体的毛细长度的0.2倍至0.5倍，以便一方面实现所述液体与气体体积之间的相界面的几何形状的可靠的稳定并且另一方面实现所述装置的容易的可制造性以及在将液体泵送穿过所述阀预先通道时的低的流体阻力。

根据另一种实施方式，所述装置能够包括另一阀预先通道，该另一阀预先通道能够通过另一通道接合部位与另一供给通道流体地连接并且作为补充方案或替代方案与另一第一输出通道流体地连接，其中所述另一阀预先通道能够布置在另一阀与所述另一通道接合部位之间，并且其中所述另一阀预先通道在所述装置的准备运行的状态中能够包括用于相对于液体对所述另一阀进行屏蔽的气体体积。例如，所述装置能够包括多个用于处理试样材料的功能单元，其中例如每个单元能够通过阀和阀预先通道与另一个单元分开。例如另一阀预先通道能够相应地布置在微流体网络的与所述阀预先通道类似的位置处。这具有的优点是，能够在所述装置的内部用比如不同的液体来比如按顺序地实施不同的过程，其中能够避免所述过程对彼此的负面影响。

此外，提出一种用于运行前面所介绍的微流体装置的变型方案的方法，其中所述方法包括关闭所述阀的步骤以及将液体引入到所述供给通道中并且优选引入到所述阀预先通道中的步骤，其中所述液体由于气体体积而相对于所述阀被挡住。如上面所解释的一样，所述气体体积有利地防止液体与所述阀接触。尤其当还没有气体体积处于所述阀预先通道中时，按照所述方法的特殊的设计方案，能够在引入液体之前将所述气体体积引入到所述阀预先通道中。

根据一种实施方式，在所述关闭的步骤中能够将压力、尤其是过压加载到所述阀的膜片上，以便关闭所述阀。例如，所述阀能够通过所述操控通道来操控，其中所述阀的关闭能够通过将过压加载到操控通道上的方式来实现。有利的是，由此能够实现所述膜片的受控的偏移并且进而实现所述阀的受控的关闭。

根据另一种实施方式，在所述引入的步骤中，能够将压力、尤其是过压加载到储存液体的储存室上，以便将液体引入到所述供给通道中。例如，所述液体能够被储存在储存室中，直到例如需要其用于运送试样材料。因此，所述液体能够有利地随时并且根据需要被导入到微流体的通道***中。作为补充方案或替代方案，所述液体能够通过在微流体通道***中产生负压的方式被从储存室抽吸并且被引入到微流体通道***中。

根据另一种实施方式，所述方法能够具有通过第一输出通道来输出所述液体的步骤，其中在所述引入的步骤中能够对所述气体体积进行压缩并且在所述输出的步骤中能够使其膨胀。例如能够借助于所述微流体装置中的泵送过程来提高压力，所述压力能够由流入的液体来传递。因此，能够出现液体进入到所述阀预先通道中的情况。在此，能够对处于所述阀预先通道中的空气体积进行压缩，其中能够形成反压力。优选在液体进入到所述阀预先通道中时，在所述气体体积与所述阀预先通道中的液体之间形成尤其具有通过毛细力得到稳定的形状的界面。在短时间之后，所述液体能够沿着敞开的路径、也就是沿着第一输出通道继续运动穿过微流体网络，并且所存在的液压压力能够重又下降。通过由流入的液体施加的压力的下降，现在能够发挥所述阀预先通道中的气体体积的容量效应：之前存在的、由所述气体体积形成的反压力同样能够松弛，其中之前进入到所述阀预先通道中的液体又能够完全被从该阀预先通道中压出。优选在此在通过优选被构造在阀预先通道中的并且通过液体和气体体积之间的、通过毛细力优选得到稳定的界面的支持下实现挤入到阀预先通道中的液体从所述阀预先通道中的优选完全挤出。由此，能够以特别有利的方式将所述阀预先通道用于许多次这样的泵送过程，而不会出现处于所述阀预先通道之后的阀的不受欢迎的密封件渗透。

根据另一种实施方式，所述方法能够具有打开阀的步骤。比如，如果比如应该在所述微流体***的用阀来事先分开的单元中实施过程，则能够打开所述阀。所述气动的操控通道例如能够布置在膜片的关于流体学对置的一侧上。因此，会需要加载压力、尤其是过压，以便将阀膜片压到阀接片上并且将阀关闭。有利的是，而后能够将所述液体引导穿过阀预先通道和第二输出通道，以便在微流体***的事先被分开的单元中进行处理。

所述方法比如能够以软件形式或硬件形式或者以由软件和硬件构成的混合形式比如在控制设备中实现。

附图说明

这里所介绍的方案的实施例在附图中示出并且在下面的描述中进行更详细的解释。其中：

图1示出了具有阀预先通道的微流体装置的一种实施例的示意性的俯视图；

图2示出了具有阀预先通道的微流体装置的一种实施例的示意性的侧视图；

图3示出了具有阀预先通道的微流体装置的一种实施例的示意性的俯视图；

图4示出了具有阀预先通道的微流体装置的一种实施例的示意性的俯视图；

图5示出了具有阀预先通道的微流体装置的一种实施例的透视的侧视图；

图6示出了具有阀预先通道的微流体装置的一种实施例处于运行状态中的俯视图；

图7示出了具有阀预先通道的微流体装置的一种实施例处于运行状态中的俯视图；

图8示出了具有阀预先通道的微流体装置的一种实施例处于运行状态中的俯视图；

图9示出了微流体装置的一种实施例的示意性的俯视图。

图10示出了按照一种实施例的用于运行微流体装置的方法的流程图；

图11示出了按照一种实施例的用于运行微流体装置的方法的流程图；并且

图12示出了用于接纳微流体装置的分析设备的一种实施例的示意图。

具体实施方式

在本发明的有利的实施例的以下描述中，为在不同的附图中示出的并且起类似作用的元件使用相同或类似的附图标记，其中放弃对于这些元件的重复描述。

图1示出了具有阀预先通道105的微流体装置100的一种实施例的示意性的俯视图。这里所示出的装置100的突出之处在于用于导引液体112的供给通道110和用于进一步导引液体112的第一输出通道115，其中所述供给通道110、第一输出通道115和阀预先通道105通过通道接合部位117来彼此流体地连接。仅仅示例性的是，在此所述阀预先通道105直角于供给通道110和第一输出通道115来布置。此外，所述装置100包括第二输出通道120，在这种实施例中所述第二输出通道能够通过仅仅示例性地基于膜片的微流体阀125与阀预先通道105分开。换句话说，所述容量性的(kapazitiv)毛细管的阀预先通道105布置在所述阀125与所述供给通道110和第一输出通道115之间的过渡位置之间。

仅仅示例性的是，在本实施例中，所述诸如阀预先通道105、供给通道110以及第一和第二输出通道115、120的微流体通道具有600×400μm²的横截面。在另一种实施例中，所述通道能够具有100×100μm²至3×3mm²、优选300×300μm²至1×1mm²的横截面。在此，所述液体112例如是水并且所述毛细长度在温度为20℃、表面张力或者说表面能量为γ＝0.073J/m²、密度为ρ＝10³kg/m³并且重力加速度为g＝9.81m/s²的情况下是l_kap＝2.7mm。所述毛细长度/>由一方面表面能量与另一方面密度和重力加速度的乘积构成的商的平方根来定义。因此，所述阀预先通道105的最大宽度与液体112的毛细长度之比为：0.6mm/2.7mm＝2/9＝0.22。

通过诸如添加有洗涤剂的水溶液的液体112的使用或者温度的提高，能够降低所述液体的表面张力并且由此能够减小毛细长度。为了实现在所述阀预先通道105中的相界面的可靠的稳定性，所述毛细长度尤其应当大于阀预先通道的最大宽度，也就是说因此，在密度为ρ＝10³kg/m³并且重力加速度为g＝9.81m/s²的情况下，所述表面张力应该至少为0.0036J/m²、也就是γ≥0.0036J/m²。

在此，在本实施例中，所述阀预先通道105成形有4mm的长度和仅仅示例性的1μl的容积。在另一种实施例中，所述阀预先通道能够具有0.5mm至10mm、优选1mm至5mm的长度以及100nl至5μl、优选500nl至2.5μl的容积。在一种实施例中，所述阀125在此构造有仅仅示例性的125nl的有效的置换容积。在另一种实施例中，所述阀125能够具有80nl至1μl、优选100nl至300nl的置换容积。

在这里所示的附图中，所述装置100在准备运行的状态中示出并且所述阀预先通道105包括气体体积130，该气体体积也能够被称为气态的介质。在本实施例中，所述气体体积130仅仅示例性地是空气，该空气充当相对于压力波动的体积容量。

此外，在这里所示的图示中，液体112被引导到所述供给通道110和第一输出通道115中，其中所述液体112部分地挤入到与通道接合部位117邻接的阀预先通道105中。在本实施例中，所述液体112是用于运送试样材料的水溶液在另一种实施例中，能够在所述装置中处理水溶液、例如比如具有试样物质的组成部分的缓冲溶液、矿物油、硅油或氟化烃。在本实施例中，所述液体112在此具有相对于气体体积130的毛细的相界面135。

所述基于膜片的微流体阀125被关闭。也就是说，在本实施例中，所述微流体阀125的膜片通过气动地加载的压力被压到阀接片上，以便实现密封。因此，在本实施例中，所述微流体阀125的开关通过弹性膜片的基于压力的朝阀空隙140中的偏移来实现，其中所述压力仅仅示例性地能够通过气动的操控通道145来加载到膜片上。

当所述阀125关闭并且所述液体112部分地挤入到阀预先通道105中时，所述气体体积130充满阀预先通道105的与阀125邻接的区段。在此，所述气体体积130至少区段式地完全地、即在阀预先通道105的整个横截面的范围内充满阀预先通道105。通过这种方式，所述阀125被可靠地与液体112隔离。只有当所述阀125被打开时，所述气体体积130才能通过阀125来逸出，使得所述液体112能够推进至阀125并且通过阀125，直至所述阀125重又被关闭。

图2示出了具有阀预先通道105的微流体装置100的一种实施例的示意性的侧视图。这里所示出的装置100和所述阀预先通道105相应于或类似于在前图中所描绘的装置和所描绘的阀预先通道。在本实施例中，所述装置100由总共四个聚合物层构建。两个层201和203仅仅示例性地是两个坚硬的注塑的聚合物部件，其包含流体的和气动的微通道。布置在其之间的层通过弹性膜片202来实现，朝该弹性膜片上能够借助于气动的操控通道来局部地施用压力，以便使所述弹性膜片偏移到空隙中并且就这样在所述装置100的内部产生并且/或者控制液体运送。在本实施例中，相应地通过所述布置在阀125上的气动的操控通道145能够实现作为膜片202来构成的层的、朝阀空隙140中的受控的偏移。第四层204仅仅示例性地作为用于对层203中存在的微通道进行密封的聚合物膜来实现。在一种有利的实施方式中，各个层201、203、204和膜片202交替地在光学上是透明的和吸收性的，以便就这样借助于激光透射焊接实现所述层的容易的且成本低廉的接合。

所述阀125的在图2中示出的形式仅仅示例性地被选择。所述阀125也能够以适合于微流体***的其他形式来实现。

图3和图4分别示出了具有阀预先通道105的微流体装置100的一种实施例的示意性的俯视图。这里所示出的装置100和阀预先通道105相应于或类似于在前图中所描绘的装置和所描绘的阀预先通道。详细来讲，图3示出了具有所绘示的流动方向300的俯视图的一个截取部分，并且图4示出了具有绘示的液体路径400的俯视图的一个与图3相比更大的截取部分。

如在图3中借助于所绘示的、示出了流动方向300的箭头所示，如在前面的图1中所描绘的一样的液体能够通过供给通道110来导入并且能够通过第一输出通道115来导出。在通道接合部位117处或者说在供给通道110和第一输出通道115的交叉点处，所述阀预先通道105布置在供给通道110的直线的延长部中，从而在本实施例中所述供给通道110、第一输出通道115和阀预先通道105形成T形的、直角的连接。在所述阀预先通道105的与通道接合部位117对置的端部上布置了仅仅示例性的基于膜片的微流体阀125，该微流体阀将所述阀预先通道105与处于其后面的第二输出通道120分开。因此，与在前面的图1中所介绍的实施例不同，在本实施例中，第一输出通道110和阀预先通道105的位置被交换。因此，在由供给通道110、阀预先通道105和第一输出通道115构成的T形交叉部处进行液体流的90°的偏转，如通过在图3中所绘示的箭头所示。相应地尤其通过所述液体与在阀预先通道105中被包住的气体体积的相互作用进行所述液体流的偏转。所使用的液体路径400的更大的截取部分在图4中通过箭头来标记。

图5示出了具有阀预先通道105的微流体装置100的一种实施例的透视的侧视图。这里所示出的装置100和所述阀预先通道105相应于或类似于在前图中所描绘的装置和所描绘的阀预先通道。在此，在这里所示的附图中以透视图示出了所述微流体阀的三维构造以及流体的和气动的微通道在两个不同的层面上的实现。

图6、图7和图8分别示出了具有阀预先通道105的微流体装置100的一种实施例在运行状态中的俯视图。这里所示出的装置100和所述阀预先通道105相应于或类似于在前图中所描绘的装置和所描绘的阀预先通道。在此，这三张附图分别对应于呈聚合物的多层结构的形式的实施例的一种实现方式的在前面的图4中所示出的截取部分。

图6、图7和图8中的不同图示示出了在泵送过程期间在三个不同时刻的液体600的走向。为了更好的对比度，所述液体600掺有荧光颜料，以便就这样使其更好地可见或者可描绘。图6中的缩放条605仅仅示例性地相应于5mm的长度。这三张图代表着按顺序的流程，其中图6对应于时刻t1，图7对应于时刻t2，并且图8对应于时刻t3，其中t3>t2>t1。在这三张图中示出，染色的液体600如何沿着在图4中所绘示的路径被泵送穿过微流体网络。这在所述三张图中根据以下情况来看出，即：在图6中首先所示出的路径的仅仅大约三分之一被液体600润湿，在图7中大约三分之二被液体600润湿并且最后在图8中整个路径被着色的液体600润湿。

在本实施例中，所述泵送过程能够借助于装置100的泵室来实施，多次通过进入阀能够将液体吸入到泵室中并且然后能够通过排出阀将液体排出，从而能够逐步地用液体600来润湿所述微流体网络的所示出的路径。在这个泵送过程中，尤其在排出液体时出现所述微流体***中的液压压力的升高。同时，所述液体沿着切换的路径运动穿过微流体***。通过在所述微流体***中的、与泵室的排出过程相关的压力升高，以有利的方式使用当前的阀预先通道105。这在图6、图7和图8中分别借助于来自三张图示的放大的截取部分来说明，所述截取部分分别以放大的方式示出了所述装置100的在图6中通过具有虚线的矩形的方框来标记的区域。其中示出了所述阀125、阀预先通道105和通道接合部位117在泵送过程期间的情况。

在图6中，所述阀预先通道105首先填充有气体体积130，该气体体积仅仅示例性地是空气，并且相对于液体600的界面直接布置在与阀预先通道105邻接的通道接合部位117处，该通道接合部位仅仅示例性地被成形为T形交叉部。图7示出了在泵送冲击的期间的图示。在所述微流体***中的压力、也就是说尤其是由流入的液体600所传递的压力与在图6中示出的情况相比被提高。因此，液体600部分地布置在所述阀预先通道105中。在此，处于所述阀预先通道105中的气体体积130被压缩，其中形成反压力。所述反压力和所述阀预先通道105的容量效应防止进入的液体600一直推进至处于阀预先通道105后面的微流体阀125。所述仅仅示例性地基于膜片的阀125的可能的密封件渗透相应地被禁止。

在图7中所示的泵送冲击之后，所述液体600沿着敞开的路径继续运动穿过微流体网络并且所存在的液压压力重又下降。这种状态在图8中示出。通过由流入的液体600施加的压力的下降，所述阀预先通道105的填充有空气的空间的容量效应得到发挥。之前存在的、由所述阀预先通道105中的空气形成的反压力被松弛，其中之前进入到所述阀预先通道105中的液体600又完全被从该阀预先通道中压出。这尤其通过进入的液体600的表面张力和相界面的几何形状的、与此相关的毛细稳定来实现。此外，在本实施例中，所述阀预先通道105的表面特性仅仅示例性地疏水地构成，从而没有任何通过毛细力引起的液体膜留在所述阀预先通道105中。由此，以特别有利的方式，所述阀预先通道105能够被用于大量的泵送过程，而不会出现处于其之后的阀125的不受欢迎的密封件渗透。在另一种实施例中，所述阀预先通道也能够微弱地亲水地构成。

图9示出了微流体装置100的一种实施例的示意性的俯视图。这里所示出的装置100相应于或类似于在前图中所描绘的装置。在本实施例中，所述装置100包括由不同的微流体通道、腔室和阀构成的微流体网络900。在本实施例中，所述网络900具有四个功能单元901、902、903、904，所述功能单元以通过虚线来标记的方式示出。所述各个功能单元901、902、903、904仅仅示例性地能够在微流体网络900的内部实施微流体的测试流程时尤其连续地、也就是说相继地使用，其中在所述微流体的测试流程的各个步骤中能够使用不同的液体溶液。所述液体仅仅示例性地能够预存在储备室905中并且能够通过将超压加载到储存室905上这种方式来引入到所述网络中。为了防止不同的液体溶液的不受欢迎的混合，所述功能单元901、902、903、904能够通过微流体阀来彼此分开。因此，第一功能单元901能够示例性地通过布置在阀预先通道105上的阀125与第二功能单元902分开。在本实施例中，另一功能单元902包括另一阀预先通道910，其仅仅示例性地通过另一通道接合部位915与另一供给通道920和另一第一输出通道925流体地连接。在此，所述另一阀预先通道910布置在另一阀930与另一通道接合部位915之间，其中在本实施例中所述另一阀930被构造用于将第二功能单元902与第三功能单元903分开。仅仅示例性的是，所述另一阀预先通道910与所述阀预先通道105相同地构成，以便在所述装置100的准备运行的状态下包括用于相对于液体对所述另一阀930进行屏蔽的气体体积。在本实施例中，所述装置100的所有功能单元901、902、903、904都以可彼此分开的方式构成。仅仅示例性的是，在本实施例中所述装置100成形有186x78mm²的侧向的总尺寸。在另一种实施例中，所述装置能够具有75x25mm²至300x200mm²、优选100x50 mm²至200x100mm²的总尺寸。在此，在本实施例中，为了通过示例性的压出或吸入来产生微流体流而能够借助于泵室来加载的压差(超压或负压)为700mbar。在另一种实施例中，朝所述装置上能够加载100mbar至2000mbar、优选400mbar至1500mbar的压差。在本实施例中，所述微流体装置100尤其是由聚合物、比如聚碳酸酯(PC)和热塑性聚氨酯(TPU)在使用批量制造方法、比如注塑、冲压和激光透射焊接的情况下制造。在其它实施例中，所述装置能够在使用聚苯乙烯(PS)、苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、环烯烃共聚物(COP、COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或热塑性弹性体(TPE)、例如苯乙烯嵌段共聚物(TPS)来制造。

图10示出了按照一种实施例的用于运行微流体装置的方法1000的流程图。所述能够用该方法运行的装置相应于或类似于在前图中所描绘的装置。所述方法1000包括关闭所述装置的阀的步骤1005以及将液体引入到供给通道中的步骤1010，其中所述液体由于气体体积而相对于所述阀被挡住。

在另一种实施例中，所述装置能够在没有阀预先通道的情况下构成。在此，例如由于制造公差而可能在阀区域中出现液体的不完全的排挤并且由此在微流体阀的部分区域中留有液体膜，该液体膜引起密封件渗透。尤其对于所使用的液体例如由于类似的极性而具有对表面的高亲和性的情况来说，也可能通过借助于毛细力引发的表面润湿而引起密封件渗透。此外，在一种在没有阀预先通道的情况下成形的装置中，在由所述液体施加到阀上的液压压力尤其短时间超过将阀膜片压到阀接片上的气动压力的情况下，可能出现密封件渗透和液体的泄漏流的存在。如果在一种没有阀预先通道的实施例中例如惯性力、也就是说尤其所述通过液体的较重的质量施加到阀膜片上的脉冲传递尤其短时间地超过由于被加载到膜片上的气动压力而由膜片施加到液体上的反作用力，则可能出现密封件渗透。

在这里所示出的实施例中，由于阀预先通道而能够避免微流体阀的密封件渗透，这对所述微流体***的性能和可靠性产生有利影响。

图11示出了按照一种实施例的用于运行微流体装置的方法1000的流程图。这里所示出的方法1000相应于或类似于在前图10中所描绘的方法，区别在于，这里所示出的实施例具有附加的步骤。在本实施例中，在关闭的步骤1005中将超压加载到所述阀的膜片上，以便关闭该阀。在接下来的引入的步骤1010中，仅仅示例性地将超压加载到储存液体的储存室上，以便将液体引入到供给通道中。在本实施例中，在引入的步骤1010之后进行通过第一输出通道输出液体的步骤1100。在此，在所述阀预先通道中存在气体体积，所述气体体积的容量效应防止对于处于其之后的微流体阀的润湿。在本实施例中，在引入的步骤1010中对所述气体体积进行压缩并且在输出的步骤1100中使其膨胀。在本实施例中，多次彼此交替地、即重复地执行所述引入和排出的步骤1010、1100，以便将更大的液体量输送穿过微流体网络并且/或者将不同的液体溶液泵送穿过微流体网络。在输出的步骤1100之后，所述方法1000仅仅示例性地包括打开阀的步骤1105。

图12示出了用于接纳微流体装置的分析设备1200的一种实施例的示意图。所述分析设备1200仅仅示例性地被构造用于借助于输入开口1205来接纳如其在前面的图1至9中所描绘的那样的微流体装置，以便在该装置的内部实施分析过程。在此，在本实施例中，所述分析设备1200包括控制设备1210，该控制设备被构造用于关于所述装置来控制在前面的图10和11中所描绘的方法的步骤。

Claims (15)

1.微流体装置(100)，其中所述装置(100)具有以下特征：

用于导引液体(112)的供给通道(110)，其中所述供给通道(110)通入到通道接合部位(117)中；

用于进一步导引液体(112)的第一输出通道(115)，其中所述第一输出通道(115)通过所述通道接合部位(117)与所述供给通道(110)流体地连接；

用于进一步导引液体(112)的阀预先通道(105)，其中所述阀预先通道(105)通过所述通道接合部位(117)与所述供给通道(110)流体地连接；以及

阀(125)，所述阀布置在所述阀预先通道(105)与第二输出通道(120)之间；

其特征在于，

所述阀预先通道(105)在所述装置(100)的准备运行的状态中包括用于相对于液体(112)对所述阀(125)进行屏蔽的气体体积(130)。

2.根据权利要求1所述的微流体装置(100)，其中所述阀预先通道(105)的宽度、尤其是所述阀预先通道(105)的横截面的最大的侧向伸展度小于或等于毛细长度的1.5倍、尤其是小于处于所述装置(100)中、尤其是处于所述供给通道(110)中的液体(112)的毛细长度。

3.根据权利要求1或2所述的微流体装置(100)，其中所述阀(125)被构造用于将所述阀预先通道(105)与所述第二输出通道(120)分开。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的微流体装置(100)，其中所述阀预先通道(105)相对于所述供给通道(110)和/或所述第一输出通道(115)基本上成直角地布置。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的微流体装置(100)，其中所述阀预先通道(105)疏水地构成，并且所述供给通道(110)和/或所述第一输出通道(115)亲水地构成。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的微流体装置(100)，其中所述装置(100)被构造为基于压力的***。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的微流体装置(100)，其中所述阀(125)基于膜片地构成。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的微流体装置(100)，其中所述阀(125)包括操控通道(145)，其用于使膜片(202)受控地偏移到阀空隙(140)中。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的微流体装置(100)，其中所述阀预先通道(105)具有0.5mm至10mm的长度和/或100x100μm²至3x3mm²的横截面和/或100nl至5μl的容积。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的微流体装置(100)，具有另一阀预先通道(910)，所述另一阀预先通道通过另一通道接合部位(915)与另一供给通道(920)和/或另一第一输出通道(925)流体地连接，其中所述另一阀预先通道(910)布置在另一阀(930)与所述另一通道接合部位(915)之间，并且其中所述另一阀预先通道(910)在所述装置(100)的准备运行的状态中包括用于相对于液体(112)对所述另一阀(930)进行屏蔽的气体体积(130)。

11.用于运行根据前述权利要求中的任一项所述的微流体装置(100)的方法(1000)，其中所述方法(1000)包括以下步骤(1005、1010)：

关闭(1005)所述阀(125)；并且

将液体(112)引入(1010)到所述供给通道(110)中，其中由于所述气体体积(130)而相对于所述阀(125)挡住所述液体(112)。

12.根据权利要求11所述的方法(1000)，其中在所述关闭的步骤(1005)中将压力加载到所述阀(125)的膜片(202)上，以便关闭所述阀(125)。

13.根据权利要求11或12所述的方法(1000)，其中在所述引入的步骤(1010)中将压力加载到储存所述液体(112)的储存室(905)上，以便将所述液体(112)引入到所述供给通道(110)中。

14.根据权利要求11至13所述的方法(1000)，具有通过所述第一输出通道(115)输出所述液体(112)的步骤(1100)，其中优选在所述引入的步骤(1010)中对所述气体体积(130)进行压缩并且在所述输出的步骤(1100)中使其膨胀。

15.根据权利要求11至14所述的方法(1000)，其中在所述阀预先通道(105)中在所述气体体积(130)与所述液体(112)之间形成具有通过毛细力得到稳定的形状的界面，所述界面优选在所述输出的步骤(1100)中引起在所述引入的步骤(1100)中挤入到阀预先通道(105)中的液体(112)的、从所述阀预先通道(105)中的优选完全的挤出。