DE102009000529A1

DE102009000529A1 - Mikrofluidischer Chip mit Druckmesseinrichtung

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Publication number: DE102009000529A1
Application number: DE102009000529A
Authority: DE
Inventors: Tobias Dr. Baier; Rainer Gransee; Friedhelm Dr. Schönfeld; Frithjof Von Dr. Germar
Original assignee: Institut fuer Mikrotechnik Mainz GmbH
Current assignee: Institut fuer Mikrotechnik Mainz GmbH
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2010-08-19
Also published as: WO2010086328A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen mikrofluidischen Chip (100) mit einer Grundplatte (110, 310, 410, 510, 610, 710), in der wenigstens eine Fluidleitung (112, 212) für die Aufnahme einer Fluidprobe und eine integrierte Druckmesseinrichtung angeordnet sind, wobei die Druckmesseinrichtung einen einseitig offenen Messkanal (128, 228, 328, 428, 528, 628, 728) aufweist, der an seinem offenen Ende (130) mit der Fluidleitung (112, 212) in Verbindung steht und in den an seinem toten Ende (132, 232) ein kompressibles Fluid eingeschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen mikrofluidischen Chip mit einer Grundplatte, in der wenigstens eine Fluidleitung für die Aufnahme einer Fluidprobe und eine integrierte Druckmesseinrichtung angeordnet sind.
Ein mikrofluidischer Chip im Sinne dieser Druckschrift ist ein in der Regel flaches Bauelement, typischerweise im Checkkartenformat, dessen Grundplatte insbesondere aus einem Polymermaterial und vorzugsweise aus einem transparenten Polymermaterial besteht, in welche die wenigstens eine Fluidleitung in an sich bekannter Weise durch Spritzgussverfahren, Heißprägeverfahren, Erodierverfahren oder Fräsen eingearbeitet ist. Als Fluidleitung im Sinne dieser Druckschrift sind beliebige Formen von Kavitäten zum Führen oder Aufbewahren von Fluidproben zu verstehen, insbesondere Kanäle oder Mikrokanäle aber auch sonstige Hohlräume in dem Chip, in denen die Fluidprobe beispielsweise gespeichert oder einem mechanischen, thermischen, chemischen oder biologischen Prozess unterzogen werden kann. Zusätzlich können andere Mikrostrukturen wie etwa Mikropumpen, Aktoren, Sensoren, Membranen, Rührelemente oder der gleichen in den mikrofluidischen Chip vorgesehen sein.
Der mikrofluidische Chip, gelegentlich auch als „Lab-on-a-Chip” bezeichnet, kann allgemein zur chemischen Synthese und Analyse genauso wie zur medizinischen Diagnostik im Labor oder vor Ort eingesetzt werden. Er zeichnet sich insbesondere aufgrund der Miniaturisierung zur Synthese und/oder Analyse kleinster Substratmengen aus. Hierbei kommt es in Einzelfällen auf einen sehr kontrollierten Durchfluss der Fluidprobe und somit auf genau definierte Druckverhältnisse in dem System von Fluidleitungen an. Umgekehrt kann es in einzelnen Anwen dungsfällen von Bedeutung sein, Druckveränderungen aufgrund von Reaktionsabläufen innerhalb des Systems von Fluidleitungen festzustellen und/oder quantitativ auszuwerten. In beiden Fällen wird eine Drucküberwachung oder eine Druckmessung erforderlich.
Drucksensoren zur Druckmessung in einem mikrofluidischen Chip sind gegenwertig bereits bekannt. Es werden entweder externe Druckmessgeräte und -sensoren bekannter Art mittels Verbindungsleitung an die Fluidleitung in dem mikrofluidischen Chip angeschlossen oder es kommen interne Drucksensoren in Form von Piezo-Elementen oder kapazitiven Bauteilen zum Einsatz, die in unmittelbarer Nachbarschaft zur Fluidleitung angeordnet sind und deren Signal aus dem mikrofluidischen Chip zur Anzeige des Druckes nach außen geführt wird. Beispielhaft für die Anwendung piezoelektrischer Sensoren wird auf den Aufsatz „Micromachined Channel/Pressure Sensor Systems for Micro Flow Studies", J. Liu et al., 7th International Conference Solid-State Sensors and Actuators, 1993, Yokohama, Transducers '93. Auch optische Systeme sind bekannt, die interferometrisch oder über die Änderung des Reflexionswinkels die druckbedingte Auslenkung einer Membran messen. Beispielhaft wird hierzu auf die Aufsätze "A low-cost and highly integrated fiber optical pressure sensor system", F. Ceyssens et al., Sensors and Actuators A, 2008 81–86 und "A microfluidic experimental platform with internal Pressure measurements" M. J. Kohl et al., Sensors and Actuators A, 2005 212–221 verwiesen.
Nachteilig bei den vorgenannten externen Druckmessgeräten ist vor allem die umständliche Handhabung, die Kontaminationsanfälligkeit aufgrund der notwendigen externen fluidischen Verbindung und der oftmals großen Totvolumina der Sensoren wie auch die mit dem Druckmessgerät verbundenen hohen Zusatzkosten. Der interne Drucksensor vorstehend beschriebener Art erhöht die Herstellungskosten des mikrofluidischen Chips.
Eine andere in den Chip integrierte Vorrichtung zur Messung einer relativen Druckänderung ist aus der Veröffentlichung WO 2007/014336 A1 bekannt. Diese ist so ausgestaltet, dass eine Fluidprobe und eine Kontrollflüssigkeit parallel in eine Messkammer eingeleitet werden, so dass sie darin in laminarer Strömung nebeneinander fließen und dabei eine stabile Grenzfläche ausbilden. Eine Druckänderung in dem Probenkanal führt zu einer Verschiebung dieser Grenzfläche, welche mit einer geeigneten Detektionsvorrichtung nachgewiesen werden kann.
Diese Vorrichtung ermöglicht jedoch nur eine Messung der relativen Druckänderung zwischen dem Druck in dem Strom der Fluidprobe und dem Druck in dem Strom der Testflüssigkeit. Eine absolute Messung setzt voraus, dass der Druck in dem Strom der Testflüssigkeit sehr genau bekannt und konstant ist. im Übrigen besteht an der Grenzfläche die Gefahr der Vermischung und somit eine Kontamination der Probenflüssigkeit. Schließlich erfordert die parallele Zuführung einer Kontrollflüssigkeit einen erheblichen apparativen Mehraufwand.
Vorstehende Nachteile zu lösen und eine einfache, kostengünstige integrierte Druckmesseinrichtung in einem mikrofluidischen Chip bereit zu stellen ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Die Aufgabe wird durch einen mikrofluidischen Chip mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der mikrofluidische Chip weist erfindungsgemäß eine Grundplatte auf, in der wenigstens eine Fluidleitung für die Aufnahme einer Fluidprobe und eine integrierte Druckmesseinrichtung angeordnet sind, wobei die Druckmesseinrichtung einen einseitig offenen Messkanal aufweist, der an seinem offenen Ende mit der Fluidleitung in Verbindung steht und in dem an seinem toten Ende ein kompressibles Fluid eingeschlossen ist.
Wird eine Fluidprobe unter Normaldruck durch den mikrofluidischen Chip geleitet und steht diese im Mündungsbereich des einseitig offenen Messkanals an, schließt sie eine dem Volumen des Messkanals entsprechende Menge des kompressiblen Fluids darin ein. Als kompressibles Fluid kommt bevorzugt Luft in Frage, da die Fluidleitungen vor dem Einleiten der Fluidprobe in der Regel mit Luft gefüllt sein wird. Grundsätzlich kommt es aber nur auf die Eigenschaft der Kompressibilität an, so dass beispielsweise auch andere Gase in Frage kommen. Nachfolgend wird vereinfachend für das eingeschlossene kompressibles Fluid daher auch von einer Gasblase gesprochen. Wird die Fluidprobe nun mit einem Überdruck beaufschlagt, nimmt die „Steighöhe” der Fluidprobe in dem Mess- oder Blindkanal zu. Im gleichen Maße nimmt das von dem kompressiblen Fluid eingenommene Volumen ab. Für das ideale Gas ist das Produkt aus dem Druck p und dem Gasvolumen V unter isothermen Bedingungen eine Konstante. Anders gesagt verhalten sich Druck und Volumen umgekehrt proportional, was sich mit folgender Gleichung ausdrücken lässt:
mit dem Druck p₀ und dem Volumen V₀ in einem ersten Zustand, hier beispielsweise im Normalzustand, und dem Druck p₁ und dem Volumen V₁ in einem zweiten, beispielsweise Überdruckzustand.
Unter Annahme eines konstanten Querschnittes des einseitig offenen Kanals kann das Volumen in vorstehender Formel durch die Länge der in dem toten Ende des Blindkanals eingeschlossenen Gasblase ersetzt werden. Auf diese Weise lässt sich durch Beobachtung des Meniskus, also der Grenzfläche zwischen der Fluidprobe und der Gasblase, und Messung der Längenänderung der Gasblase auf einfache Weise eine Druckänderung messen. Das Prinzip ist als Boyle-Mariotte'sches Prinzip bekannt und kommt beispielsweise bei einem Tiefenmesser im Tauchsport zur Anwendung. in einem mikrofluidischen Chip findet es bislang keine Anwendung. Es hat in der erfindungsgemäßen Anwendung den Vorteil gegenüber den bekannten Druckmessverfahren, dass es auf einfache Weise eine vollständig kontaminationsfreie Messung ermöglicht.
Bevorzugt wird der Messkanal durch eine Nut in der Grundplatte gebildet, die auf Ihrer Oberseite mittels einer Abdeckung gegenüber der Umgebung abgeschlossen ist.
Der Messkanal ist insoweit in gleicher Weise als Nut in die Grundplatte des mikrofluidischen Chips eingearbeitet, wie typischerweise auch die kanalförmigen Fluidleitungen. Insbesondere im Fall einer spritzgegossenen Grundplatte kann die gesamte Mikrostruktur einschließlich Messkanal in einem einzigen einfachen Arbeitsschritt in den Chip eingearbeitet werden. Das Verschließen der Mikrostruktur mittels einer auf der Grundplatte aufgebrachten Abdeckung, vorzugsweise einer Abdeckfolie, ist bei der Herstellung mikrofluidischer Chips an sich bekannt.
Besonders bevorzugt weist die Nut des einseitig offenen Kanals einen verrundeten Nutgrund auf.
Als verrundeter Nutgrund im Sinne der Erfindung wird ein Nutquerschnitt im Bereich des Nutgrundes verstanden, der einen halbkreisförmigen Profilverlauf oder zumindest zwischen zwei aneinander angrenzenden geraden Profilabschnitten eine verrundete Ecke aufweist. Zweck des verrundeten Profils der Nut ist es zu vermeiden, dass die Fluidprobe aufgrund des Kapilareffektes entlang von Nutkanten in un kontrollierter Weise in dem Messkanal vordringt („kriecht”), wodurch das Messergebnis unter Umständen in Abhängigkeit von der Oberflächenspannung der Fluidprobe bzw. der Benetzbarkeit der Oberfläche des Blindkanals verfälscht wird. Insbesondere wird durch diese Maßnahme die Reproduzierbarkeit der Messungen erhöht.
In einer alternativen Ausführungsform wird der einseitig offene Kanal durch einen Schlitz in der Grundplatte gebildet, der jeweils auf seiner Ober- und Unterseite mittels einer Abdeckung gegenüber der Umgebung abgeschlossen ist.
Im Gegensatz zu der vorstehend beschriebenen Ausführungsform durchsetzt der Schlitz die Grundplatte von ihrer Ober- zur Unterseite, so dass die Grundplatte weder auf der Ober- noch auf der Unterseite eine Begrenzungsfläche des Messkanals bildet. Diese wird jeweils durch die Abdeckung oder Folie gebildet.
In beiden Ausführungsformen ist vorzugsweise zwischen der Grundplatte und der Abdeckung beidseits der Nut ein spaltförmiger Zwischenraum ausgebildet. Im Fall des schlitzförmigen Blindkanals gilt dies sowohl für die Ober- als auch Unterseite.
Der spaltförmige Zwischenraum kann auf beiden Seiten beispielsweise durch eine schräge Fase entlang der Nutoberkante oder durch eine abgesetzte, flachere aber breitere Nut gebildet werden. Bevorzugt sind die beidseitigen spaltförmigen Zwischenräume symmetrisch zu der den eigentlichen Messkanal bildenden Hauptnut angeordnet. Zweck einer solchen Ausgestaltung ist es, das zuvor beschriebene Kriechen oder vordringen der Fluidprobe in den Messkanal zu begünstigen. Da auf der Seite der Abdeckung ein eckiger Verlauf der Profilkanten der mittels der Abdeckung verschlossenen Nut unvermeidbar ist und deshalb auch das Kriechen des Fluides nicht verhindert werden kann, wird durch diese Maßnahme bewirkt, dass die Fluidprobe nach Möglichkeit vollständig bis an das tote Ende des Blindkanals und damit reproduzierbar eindringt. Der Kapillareffekt wird also durch die Ausformung eines sehr schmalen Spaltes anstelle einer eckigen Kante bewusst verstärkt, um ebenfalls die Reproduzierbarkeit der Messungen zu erhöhen. Auf diese Weise wird ferner verhindert, dass sich im Kanalinneren ein Flüssigkeitsplug absetzt, der in Richtung des toten Kanalendes eine abgetrennte Blase einschließt.
Bevorzugt ist die Nut am toten Ende des Messkanals stirnseitig verrundet.
Vorstehende Überlegungen zu dem verrundeten Nutgrund treffen auch für das stirnseitige Ende des einseitig offenen Kanals zu. Auch hier würden Kanten und insbesondere Ecken dafür sorgen, dass die Fluidprobe spätestens nach der ersten Messung unkontrolliert in dem Messkanal zurückbleibt oder sich dort zu einem Flüssigkeitsplug ansammelt, der nachfolgende Messungen verfälschen kann. Dies wird vermieden, wenn eben keine solchen Ecken in dem Messkanal ausgebildet sind.
Aus demselben Grund ist analog zu den spaltförmigen Zwischenräumen beidseits der Nutoberkante auch am toten Ende des einseitig offenen Kanals zwischen der Grundplatte und der Abdeckung stirnseitig ein spaltförmiger Zwischenraum ausgebildet.
Unabhängig von der Form des Kanalquerschnittes kann die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Messung ferner dadurch verbessert werden, dass die Fluidleitung benetzend und der Messkanal nicht-benetzend ausgebildet ist.
Dies kann durch eine geeignete Materialwahl der Grundplatte und/oder der Abdeckung im Bereich der Fluidleitung bzw. des Messkanals, das heißt gegebenenfalls auch nur in Abschnitten der Grundplatte und/oder der Abdeckung, durch eine nachträgliche Beschichtung oder durch eine (Mikro- oder Nano-)Strukturierung der Fluidleitungs- bzw. der Messkanaloberfläche erreicht werden. Beispielhaft genannt seien der Lotuseffekt, eine flüssig aufgetragene PTFE-Beschichtung oder eine Plasmabeschichtung genannt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist der einseitig offene Kanal im Bereich seines toten Endes einen vergrößerten Querschnitt auf.
Mit vergrößertem Querschnitt ist ein gegenüber dem überwiegenden oder mittleren Kanalquerschnitt weiterer Bereich des Kanals gemeint. Durch den vergrößerten Querschnitt wird gemessen an dem Durchschnittsvolumen des Kanals ein verhältnismäßig großes Volumen für das eingeschlossene kompressible Fluid bereitgestellt, so dass eine Volumenänderung zu einer vergleichsweise größeren Verschiebung der Fluidprobe in dem Kanal führt. Mit anderen Worten erhöht sich die Sensitivität der Druckmesseinrichtung im Bereich des Kanalabschnittes mit geringerem, vorzugsweise konstantem Querschnitt. Zwar kann die Messung sinnvoll nur in einem Bereich geringerer Druckdifferenzen ausgeführt werden, in dem der Meniskus sich noch innerhalb des geringeren Kanalquerschnitts befindet, jedoch ist in dem Bereich die Messung verhältnismäßig linear, was zu die Ablesbarkeit des Druckanstiegs über den Messbereich erhöht.
Vorteilhaft ist es auch, wenn der einseitig offene Kanal mäanderförmig gefaltet oder aufgewickelt ist.
Eine gefaltete oder aufgewickelte Struktur ermöglicht einen längeren Messkanal auf insgesamt weniger beanspruchter Fläche des mikrofluidischen Chips. Auf diese Weise lässt sich ebenfalls eine erhöhte Sensitivität erzeugen. Die gefaltete oder aufgewickelte Struktur kann zur wei teren Erhöhung der Sensitivität mit einem vergrößerten Querschnitt am Ende des Messkanals kombiniert werden.
Zur Vereinfachung der quantitativen Bestimmung des Druckanstiegs weist die Druckmesseinrichtung vorzugsweise entlang des Kanals eine Skala auf.
Diese Skala kann durch eine Eichmessung für ein Referenzfluid geeicht sein. Dies ermöglicht die unmittelbare Ablesung absoluter Druckwerte. Bei hinreichend sorgfältiger Ausgestaltung der Nutoberflächen und des Kanalprofils kann eine Eichung für eine Vielzahl an Fluiden mit unterschiedlichen Viskositäten und Oberflächenspannungen hinreichend genaue Messwerten liefern. Für eine höhere Präzision können aber auch mehrere Eichskalen für unterschiedliche Flüssigkeiten entlang des Kanals vorgesehen sein. Wahlweise kann auch eine tabellarische oder rechnerische Korrektur eines abgelesenen Messwertes für unterschiedliche Flüssigkeiten vorgenommen werden.
Alternativ oder zusätzlich zu der Skala weist die Druckmesseinrichtung in einer vorteilhaften Ausgestaltung Mittel zum optischen Auslesen des Füllstandes der Fluidprobe in dem einseitig offenen Kanal auf.
Das optische Auslesen kann unter Einstrahlung von Licht sowohl in Form einer Messung des durch den Messkanal transmittierten Lichtanteils (Transmissionsmessung) als auch in Form einer Messung des an der Grenzfläche des Messkanals reflektierten Lichtanteils (Reflexionsmessung) erfolgen. In ersterem Fall würde eine Absorption, Streuung oder Brechung des Lichtes in Abhängigkeit von der An- oder Abwesenheit der Fluidprobe in dem Messkanal festgestellt werden können, in letzterem ein verändertes Reflexionsverhalten von einer Totalreflexion bis hin zum Ausbleiben jeglicher Reflexion. Zum automatschen Auslesen des Druckes kann der Chip in vorbestimmter Weise in ein geeigne tes Betreibergerät mit einer Lichtquelle und einem Lichtsensor eingesetzt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfassen die Mittel zum optischen Auslesen des Füllstandes einen definierten Lichtpfad durch den Chip, der den Messkanal wenigstens einmal kreuzt.
Der definierte Lichtpfad setzt voraus, dass im Bereich des Strahlengangs das Material des Chips für das eingestrahlte Licht transparent ist und keine durch die Chiparchitektur bedingten Hindernisse den Strahlengang verstellen. Ferner bedingt der definierte Lichtpfad ein Eingangs- und ein Ausgangsfenster für den Lichtstrahl.
Der Lichtpfad kann so orientiert sein, dass er den Messkanal senkrecht kreuzt. In diesem Fall kann festgestellt werden, ob der Füllstand und damit der Druck ein bestimmtes Niveau erreicht hat (Schwellenwertmessung). Diese Anordnung funktioniert also nach dem Prinzip der Lichtschranke. Anstelle der Lichtschranke kann aber auch eine Intensitätsmessung transmittierten Lichts vorgenommen werden. Diese kann wiederum „digital” erfolgen, indem der Lichtstrahl quer zu einer Mäanderstruktur oder einer aufgewickelten Struktur des Messkanals erfolgt und gewissermaßen gezählt wird, wie oft der Lichtstrahl den befüllten Messkanal passiert hat. Alternativ hierzu kann der Lichtstrahl auch so durch den Chip geführt werden, dass dieser den Messkanal zumindest abschnittsweise in Längsrichtung durchläuft. Auf diese Weise kann der Füllstand des Messkanals analog ermittelt werden.
Eine solche Schwellenwertmessung kann beispielsweise zur Bestimmung des Zeitpunktes eines Filterwechsels ausreichen. Der Vorteil ist, dass nach einmaliger Eichung (Festlegung des Kreuzungspunktes) eine sehr gute Reproduzierbarkeit erzielt wird, unabhängig von Schwankun gen des Messumfeldes wie beispielsweise der Intensität der Lichtquelle oder der Homogenität der Fluidprobe.
Der Lichtpfad kann aber auch so orientiert sein, dass er den Messkanal zumindest auf einem Abschnitt in Längsrichtung kreuzt. In diesem Fall kann beispielsweise durch Messung des Transmissionsanteils eine kontinuierliche Bestimmung des Füllstandes und damit des Druckes erfolgen.
In Kombination mit einem gefalteten oder aufgewickelten Messkanal ergibt sich ferner der Vorteil, dass ein eingestrahlter Lichtstrahl den Messkanal mehrfach kreuzen kann. Dies kann dazu genutzt werden, dass in einer einzigen Messung beispielsweise mehrere Schwellenwerte gleichzeitig bestimmt werden können.
Selbstverständlich ist es auch möglich eine Orientierung des Lichtpfades zu wählen, die den Messkanal unter einem beliebigen anderen Winkel kreuzt.
Davon unabhängig ist es von Vorteil, wenn der Lichtpfad durch den Chip den Messkanal entweder so kreuzt, dass ein entlang des Lichtpfades eingestrahlter Lichtstrahl in Abhängigkeit von dem Füllstand an einer Grenzfläche des Messkanals mehr oder weniger stark reflektiert oder gebrochen wird, oder so dass ein entlang des Lichtpfades eingestrahlter Lichtstrahl in Abhängigkeit von dem Füllstand mehr oder weniger stark absorbiert oder gestreut wird.
Vorteilhaft ist es, wenn die Mittel zum optischen Auslesen des Füllstandes entlang des optischen Lichtpfades wenigstens einen in den Chip integrierten Umlenkspiegel aufweisen.
Umlenkspiegel in einem mikrofluidischen Chip zur Ablenkung von der Fluidprobe emittierten oder durch die Fluidprobe transmittierten Lichtes sind beispielsweise aus der DE 10 2005 062 174 B3 bekannt. Diese Spiegel sind auf einfache Weise durch Ausnehmungen oder Hohlräume in der Grundplatte realisierbar, die eine ebene oder gekrümmte Grenzfläche aufweisen, an der der Lichtstrahl in Abhängigkeit vom Brechungsindex des Grundplattenmaterials und der Neigung der Fläche in Bezug auf die Einfallsrichtung des Lichtstrahls unter einem bestimmten Winkel reflektiert wird.
In einer anderen Ausgestaltung können die Umlenkspiegel durch eine oder mehrere Grenzflächenabschnitte des Messkanals selbst gebildet sein. Eine solche Ausgestaltung ist aus der Patentschrift DE 10 116 674 C2 bekannt. Bei dieser Ausführungsform wird das entlang eines Pfades eingestrahlte Licht an der Grenzfläche des Fluidkanals in Abhängigkeit von der Füllung desselben und dem Einfallswinkel des Lichtstrahls auf die Spiegelfläche total reflektiert, teilweise reflektiert oder auch gar nicht reflektiert. Auf diese Weise kann je nach Anordnung der Lichtquelle und der Detektoren in dem Betreibergerät eine Aussage darüber getroffen werden, ob der Füllstand der Fluidprobe in dem Messkanal bis zu einem bestimmten Pegelmaß reicht oder nicht.
Generell ist der Zweck von Umlenkspiegeln, (senkrecht) von oben oder unten transversal eingestrahltes Licht in die Ebene des Chips umzulenken. Auf diese Weise kann der Lichtpfad innerhalb des Chips auf eine minimale Wegstrecke reduziert und gleichzeitig eine größtmögliche Empfindlichkeit für Änderungen des Transmissions- oder Emissionsverhaltens der Probe erzielt werden. Insbesondere lassen sich mittels der Umlenkspiegel auf einfache Weise, das heißt mit nur einer Lichtquelle und/oder nur einem Sensor mehrere Lichtschranken gleichzeitig realisieren, mit denen das Erreichen verschiedener Schwellenwerte nachgewiesen werden kann.
Vorzugsweise ist die Grundplatte aus einem transparenten Polymermaterial hergestellt.
Diese Materialwahl hat den Vorteil, eine kostengünstige Herstellung mit einer durchgängigen Transparenz zu kombinieren.
Alternativ, obgleich diese Materialen in der Verarbeitung teurer sind, können für die Grundplatte und/oder die Abdeckung auch Silizium und/oder Glas verwendet werden.
Besonders bevorzugt ist das an dem toten Ende des Messkanals eingeschlossene kompressible Fluid Luft.
Abweichend von dem Prinzip der Lichtschranke und der Intensitätsmessung kann das optische Auslesen auch erfolgen, indem (in dem Betreibergerät) bei flächiger Ausleuchtung des Chips eine CCD-Kamera ein flächiges oder linienförmiges Bild erzeugt, welches anschließend in Form einer Mustererkennung oder Kontrastanalyse zur Bestimmung der Lage des Meniskus elektronisch ausgewertet wird.
Alternativ zum optischen Auslesen kann der Füllstandes der Fluidprobe in dem Messkanal auch kapazitiv ausgelesen werden. Auch die kapazitive Auslese erfolgt berührungslos und damit kontaminationsfrei. Schließlich kann die Auslese auch durch Bestimmung der Leitfähigkeit in dem Messkanal vorgenommen werden.
Weitere Aufgaben, Merkmal und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mithilfe der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Draufsicht auf einen mikrofluidischen Chip mit integrierter Druckmesseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 einen Ausschnitt eines mikrofluidischen Chips mit integrierter Druckmesseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
3 einen Querschnitt durch den einseitig offenen Messkanal der Druckmesseinrichtung gemäß einer ersten Ausgestaltung;
4 einen Querschnitt durch den Messkanal der Druckmesseinrichtung gemäß einer zweiten Ausgestaltung;
5 einen Querschnitt durch den Messkanal der Druckmesseinrichtung gemäß einer dritten Ausgestaltung;
6 eine Prinzipskizze zur Illustration einer ersten optischen Auslesemethode quer zum Messkanal;
7A eine Prinzipskizze zur Illustration einer zweiten optischen Auslesemethode längs eines Abschnitts des Messkanals, wenn in diesem keine Fluidprobe ansteht;
7B dieselbe Darstellung wie 7A mit einer in dem Messkanalabschnitt anstehenden Fluidprobe;
8 ein Diagramm, in dem die Längenänderung einer in dem Messkanal eingeschlossenen Gasblase gegenüber einem Druckanstieg aufgetragen ist, wenn als Fluidprobe Wasser verwendet wird, und
9 ein Diagramm, in dem die Längenänderung einer in dem Messkanal eingeschlossenen Gasblase gegenüber einem Druckanstieg aufgetragen ist, wenn als Fluidprobe eine Alkohol-basierte Lösung eingesetzt wird.
1 zeigt stark vereinfacht einen mikrofluidischen Chip 100 mit einer Grundplatte 110, in der eine Fluidleitung 112 zur Aufnahme einer Fluidprobe angeordnet ist. Die Fluidleitung 112 wird in diesem Beispiel durch eine mäanderförmige Mischstrecke 114 und einen sich daran anschließenden Auslasskanal 116 gebildet. Der Auslasskanal 116 mündet in einer stirnseitigen Austrittsöffnung 118, aus der die Fluidprobe entnommen werden kann. Eingangs der Mischstrecke 114 werden zwei Einlasskanäle 120, 122 zusammen geführt. Die Einlasskanäle weisen jeweils eine Eintrittsöffnung 124, 126 auf, durch die zwei verschiedene Fluide in die Mischstrecke 114 eingegeben werden können. Durch die mehrfache Faltung der Fluidleitung 112 im Bereich der Mischstrecke 114 wird eine hinreichend lange Fluidleitung gebildet, in der sich die zwei Fluide (bei laminarer Strömung) durch Diffusion vermischen können.
Am Ende der Mischstrecke 114 weist der mikrofluidische Chip 100 einen von der Fluidleitung 112 seitlich abgezweigten, einseitig offenen Messkanal 128 auf. Der Messkanal 128 steht mit seinem offenen Ende 130 mit der Fluidleitung 112 in fluidischer Verbindung. Gegenüberliegend weist er ein totes Ende auf, aus dem eine in den Messkanal 128 eingeschlossene Luftblase 134 nicht entweichen kann, wenn die Fluidleitung 112 mit einer Fluidprobe gefüllt ist. In Abhängigkeit von dem Druck in der Fluidleitung steigt die Höhe des Füllstands der Fluidprobe in dem Messkanal 128. Anders gesagt verhält sich die Länge der eingeschlossenen Luftblase 134 bei konstantem Querschnitt des Messkanals 128 umgekehrt proportional zu dem Druck in der Fluidleitung 112.
Deshalb kann der Druck anhand der Lage der Grenzfläche oder Meniskus 136, die sich zwischen der Fluidprobe und der Luftblase 134 ausbildet, abgelesen werden.
Zu diesem Zweck weist die Druckmesseinrichtung gemäß 1 Mittel zum optischen Auslesen des Füllstandes der Fluidprobe in dem Messkanal auf: Die Mittel zum optischen Auslesen umfassen in diesem Ausführungsbeispiel zwei Umlenkspiegel 138, 140, über die ein oder mehrere transversal zur Ebene des mikrofluidischen Chips 100 eingestrahlte Lichtstrahlen so umgelenkt werden, dass sie den Messkanal 128 passieren und danach wiederum transversal zur Oberfläche des mikrofluidischen Chips 100 aus diesem austreten. Die Umlenkspiegel 138, 140 definieren somit einen Lichtpfad durch den Chip 100. Durch Intensitätsmessung des austretenden Lichtstrahls kann auf den Füllstand der Fluidprobe in dem Messkanal und somit auf den Druck geschlossen werden. Einige prinzipielle Messmethoden werden anhand der 6 und 7 näher erläutert.
Eine alternative Ausgestaltung der integrierten Druckmesseinrichtung ist in 2 gezeigt. Der dargestellte Ausschnitt eines mikrofluidischen Chips zeigt eine Fluidleitung 212 von der ein Messkanal 228 seitlich abzweigt. Der Messkanal 228 ist mäanderförmig gefaltet und weist im Bereich seines toten Endes 232 einen vergrößerten Querschnitt auf. Sowohl die einerseits hierdurch bezweckte Verlängerung des Messkanals 228 als auch die Vergrößerung des Gesamtvolumens des Messkanals sorgen dafür, dass die Sensitivität der Druckmesseinrichtung gegenüber der einfachen Ausgestaltung des Messkanals 128 in 1 erhöht ist. Durch die mäanderförmige Faltung des Messkanals 228 wird weiterhin bezweckt, dass ein mittels der Umlenkspiegel 238, 240 definierter Lichtpfad den Messkanal 228 mehrfach kreuzt. Unter der Annahme, dass der den mit der Fluidprobe gefüllten Messkanal kreuzende Lichtstrahl an der Fluidprobe teilweise gestreut oder teilweise absorbiert wird, erfährt die Intensität des austretenden Lichtstrahls mit jedem gekreuzten Messkanalabschnitt, bis zu dem die Fluidprobe aufgrund eines Überdruckes vorgedrungen ist, stufenweise eine Abschwächung. Die Intensität des nachgewiesenen Lichtes ist somit näherungsweise umgekehrt proportional zu dem Druck in der Fluidleitung 212.
In den 3 bis 5 sind drei unterschiedliche Querschnitte des erfindungsgemäßen Messkanals dargestellt. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Messkanal 328 in Form einer Nut in eine Grundplatte 310 eingearbeitet ist. Die Nut wird auf ihrer Oberseite mittels einer Abdeckung 342 in Form einer den mikrofluidischen Chip bedeckenden Folie gegenüber der Umgebung verschlossen. Die Nut des Messkanals 128 weist einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit einem Nutgrund 344 und zwei seitlichen Begrenzungswänden 346, 348 auf. Der Nutgrund 344 ist verrundet. Das heißt in diesem Fall, dass die seitlichen Begrenzungswände 346, 348 in Form eines Radius in den Nutgrund 344 übergehen und somit keine scharfe Profilecke ausbilden. Hierdurch wird vermieden, dass die Fluidprobe in Abhängigkeit von der Benetzung der Messkanaloberfläche unkontrolliert weit in den Messkanal 328 hineinkriecht und somit das Messergebnis in Abhängigkeit beispielsweise von der Oberflächenspannung der Fluidprobe verfälscht.
Im Gegensatz zu dem verrundeten Nutgrund weist die Nut des Messkanals 328 auf der Seite der Abdeckung 342 jedoch scharfe Kanten auf, welche fertigungsbedingt nicht auf die gleiche Weise verrundet werden können, um das Problem auch auf dieser Seite zu lösen. Um dem Effekt des unkontrollierten Eindringens der Flüssigkeit auch auf dieser Seite zu begegnen weist der Messkanal 428 gemäß 4 zwischen der Grundplatte 410 und der Abdeckung 442 beidseits der Nut einen spaltförmigen Zwischenraum 450, 452 auf. Dieser Zwischenraum ist in seiner Querschnittsfläche deutlich kleiner als der Querschnitt des eigentlichen Messkanals 428 und insbesondere bedeutend schmaler.
Dies bewirkt, dass eine in dem Messkanal 428 anstehende Flüssigkeit aufgrund des Kapillareffekts zunächst kontrolliert in den spaltförmigen Zwischenräumen 450, 452 vordringt. Die spaltförmigen Zwischenräume 450, 452 sind in diesem Beispiel auf der Seite der Grundplatte 410 durch jeweils eine zur Nut hin tiefer werdende schräge Fläche oder Fase und auf der Seite der Abdeckung 442 durch die Abdeckung selbst begrenzt. Die Dimension der spaltförmigen Zwischenräume ist so gewählt, dass weitgehend unabhängig von der Oberflächenspannung der Fluidprobe eine vollständige Benetzung des Zwischenraums bis zum toten Ende des Messkanals erfolgt. Dies stellt sicher, dass unabhängig von der Fluidprobe stets dieselben Messbedingungen vorherrschen, wodurch eine reproduzierbare Messung gewährleistet ist.
5 zeigt einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform des Messkanals 528, der durch eine Schlitz in der Grundplatte 510 gebildet wird und der auf seiner Ober- und seiner Unterseite jeweils mittels einer Abdeckung 542, 543 gegenüber der Umgebung abgeschlossen ist. Bei dieser Ausführungsform ist sowohl auf der Ober- als auch auf der Unterseite zwischen der Grundplatte 510 und der jeweiligen Abdeckung 542, 543 beidseits des Schlitzes ein spaltförmiger Zwischenraum 550, 551, 552, 553 ausgebildet. Aufgrund dieser spaltförmigen Zwischenräume wird auch bei der in 5 dargestellten Geometrie sichergestellt, dass das durch den Kapillareffekt bedingte Kriechen der Flüssigkeit in dem Messkanal kontrolliert erfolgt.
6 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform des mikrofluidischen Chips im Bereich des Messkanals 628. Ferner ist ausgehend von einer Lichtquelle 660 ein Lichtpfad durch den mikrofluidischen Chip eigezeichnet, der den Messkanal 628 so kreuzt, dass ein entlang des Lichtpfads eingestrahlter Lichtstrahl in Abhängigkeit von dem Füllstand der Fluidprobe in dem Messkanal mehr oder weniger stark gebrochen wird. Ist der Messkanal 628 an der Kreuzungsstelle mit Luft gefüllt, wird der Lichtstrahl an der Grenzfläche zwischen dem Grundplattenmaterial und dem Messkanal stärker gebrochen und auf diese Weise auf einen oberen Lichtpfad abgelenkt, so dass er beispielsweise mittels eines ersten Detektors 662 nachgewiesen werden kann. Ist die Fluidprobe in dem Messkanal bis zu der Kreuzungsstelle vorgedrungen, so wird der Lichtstrahl an der Grenzfläche zwischen dem Grundplattenmaterial und der Fluidprobe weniger stark gebrochen, so dass das Licht die Grundplatte auf einem zweiten Pfad verlässt und beispielsweise mittels eines zweiten Detektors 664 nachgewiesen werden kann.
Es wird angemerkt, dass 6 das optische Auslesen des Füllstandes unter Ausnutzung des Brechungsindex in der Fluidprobe darstellt. Obgleich es nicht unmöglich ist, eine solche Anordnung, bei der das Licht entlang der Längskante des mikrofluidischen Chips ein- und ausgekoppelt wird, ist die Ausführungsform gemäß der 7A und 7B praktikabler. In 7A ist der Fall skizziert, in dem in einem Messkanal 728 keine Fluidprobe ansteht, der Kanal also mit dem kompressiblen Fluid, vorzugsweise Luft, befüllt ist. Dem gegenüber ist dieselbe Anordnung in 7B mit einem gefüllten Fluidkanal 728 dargestellt. Das von einer Lichtquelle 760 ausgehende Licht wird transversal zur Ebene des mikrofluidischen Chips eingekoppelt und von einem ersten Umlenkspiegel 738 in die Ebene des mikrofluidischen Chips umgelenkt. Der Spiegel 738 wird durch eine ebene Grenzfläche zwischen dem Grundplattenmaterial des mikrofluidischen Chips und einem Hohlraum gebildet, der vorzugsweise mit Luft gefüllt ist. Die Neigung der Grenzfläche beträgt in der Darstellung der 7A und 7B etwas mehr als 45° zur Ebene des mikrofluidischen Chips, während das Licht unter 90° zur Ebene des Chips eingestrahlt und unter einem spitzen Winkel zur Ebene des Chips abgelenkt wird. Sowohl die Einstrahlrichtung als auch die Neigung des Umlenkspiegels kann variieren. Entscheidend ist, dass unter Berücksichtigung der Brechungsindizies des Grundplattenmaterials und der Füllung des Hohlraums an der Grenzfläche eine Totalref lexion stattfindet und dass das Licht so umgelenkt wird, dass es den Messkanal 728 kreuzt.
Der Lichtstrahl kreuzt den Messkanal 728 in dem Beispiel der 7 nicht senkrecht zu seine Längsrichtung wie in den 1 oder 2 sondern so, dass das Licht eine Wegstrecke in Längsrichtung in dem Messkanal oder zumindest einen Abschnitt des Messkanals zurücklegt. Hierdurch werden die Strahlenverläufe für die im Folgenden beschriebenen Fälle stärker separiert. Im Fall der 7A, in dem die Fluidprobe nicht in dem gezeigten Abschnitt des Messkanals ansteht, wird das Licht an der seitlichen Grenzfläche 746 aufgrund des größeren Unterschieds im Brechungsindex zwischen dem Grundplattenmaterial und dem Gas im inneren das Messkanals 728 stärker gebrochen als im Fall der 7B, in dem der Messkanal 728 mit der Fluidprobe gefüllt ist. In 7A wird deshalb das Licht soweit von der Eingangsstrahlrichtung abgelenkt, dass es an der Grenzfläche zur Abdeckung 742 total reflektiert und nach nochmaliger Brechung an der Grenzfläche zwischen dem Messkanal 728 und der Grundplatte 710 nach unten aus dem mikrofluidischen Chip austritt. Dem gegenüber findet im Fall des gefüllten Messkanals 728 an der Grenzfläche 746 nur eine geringe Brechung statt, so dass der Lichtstrahl nahezu linear zwischen dem ersten Umlenkspiegel 738 und dem zweiten Umlenkspiegel 740 verläuft. Nachdem das Licht am zweiten Umlenkspiegel 740 total reflektiert wird, tritt es ebenfalls auf der Unterseite des mikrofluidischen Chips 710 aus und trifft auf einen entsprechend positionierten Detektor 762 zum Nachweis des Füllstandes. Der Detektor ist so angeordnet, dass der den mikrofluidischen Chip im Fall der 7A verlassende Lichtstrahl diesen verfehlt. Auf diese Weise kann eine Aussage darüber getroffen werden, ob der Messkanal gefüllt ist oder nicht.
In 8 sind die Ergebnisse zweier Messungen mit der erfindungsgemäßen Druckmesseinrichtung unter Verwendung von Wasser als Fluidprobe grafisch dargestellt. 9 zeigt die Graphen dreier weiterer Testmessungen mit derselben Druckmesseinrichtung unter Verwendung einer alkoholbasierten Fluidprobe zum Vergleich. In beiden Diagrammen ist die auf die Gesamtlänge des Messkanals L₀ normierte Länge der eingeschlossenen Luftblase L(p) gegenüber dem in dem Fluidkanal angelegten Überdruck Δp aufgetragen. Die Messung wurde mittels einer erfindungsgemäßen Druckmesseinrichtung mit einem Messkanal des Querschnitts gemäß 4 durchgeführt. Die Resultate der 8 und 9 zeigen jeweils einzeln wie auch im Vergleich, dass die Maßnahmen zur geometrischen Ausgestaltung des Kanalquerschnitts weitgehend unabhängig von der untersuchten Fluidprobe reproduzierbare Ergebnisse sicherstellen. Während eine einfache Abschätzung der zu erwartenden Füllhöhe L(p) bei einem Überdruck von einem Bar einen Wert von 0,5 erwarten lässt, zeigt sich, dass in der tatsächlichen Messung dieser Wert jeweils geringfügig kleiner ist. Dies kann darauf zurückgeführt werden, dass sich die Abdeckfolie über dem Messkanal aufgrund des Druckanstieges verformt und damit das Volumen des Messkanals druckabhängig vergrößert. Dieser oder andere systematische Fehler lassen sich jedoch durch eine Eichmessung korrigieren.

100: mikrofluidischer Chip
110: Grundplatte
112: Fluidleitung
114: Mischstrecke
116: Auslasskanal
118: Austrittsöffnung
120: Einlasskanal
122: Einlasskanal
124: Eintrittsöffnung
126: Eintrittsöffnung
128: Messkanal
130: offenes Ende
132: totes Ende
134: Luftblase
136: Grenzfläche/Meniskus
138: Umlenkspiegel
140: Umlenkspiegel
212: Fluidleitung
228: Messkanal
232: totes Ende
238: Umlenkspiegel
240: Umlenkspiegel
310: Grundplatte
328: Messkanal
342: Abdeckung
344: Nutgrund
346: seitliche Begrenzungswand
348: seitliche Begrenzungswand
410: Grundplatte
428: Messkanal
442: Abdeckung
450: spaltförmiger Zwischenraum
452: spaltförmiger Zwischenraum
454: Grenzfläche/Meniskus
456: Grenzfläche/Meniskus
510: Grundplatte
528: Messkanal
542: Abdeckung
543: Abdeckung
550, 551, 552, 553: jeweils spaltförmiger Zwischenraum
610: Grundplatte
628: Messkanal
660: Lichtquelle
662, 664: Detektor
710: Grundplatte
728: Messkanal
738: Umlenkspiegel
740: Umlenkspiegel
742: Abdeckung
746: seitliche Begrenzungsfläche
760: Lichtquelle
762: Detektor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- WO 2007/014336 A1 [0006]
- DE 102005062174 B3 [0043]
- DE 10116674 C2 [0044]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Aufsatz „Micromachined Channel/Pressure Sensor Systems for Micro Flow Studies”, J. Liu et al., 7th International Conference Solid-State Sensors and Actuators, 1993, Yokohama, Transducers '93 [0004]
- ”A low-cost and highly integrated fiber optical pressure sensor system”, F. Ceyssens et al., Sensors and Actuators A, 2008 81–86 [0004]
- ”A microfluidic experimental platform with internal Pressure measurements” M. J. Kohl et al., Sensors and Actuators A, 2005 212–221 [0004]

Claims

Mikrofluidischer Chip (100) mit einer Grundplatte (110, 310, 410, 510, 610, 710), in der wenigstens eine Fluidleitung (112, 212) für die Aufnahme einer Fluidprobe und eine integrierte Druckmesseinrichtung angeordnet sind, wobei die Druckmesseinrichtung einen einseitig offenen Messkanal (128, 228, 328, 428, 528, 628, 728) aufweist, der an seinem offenen Ende (130) mit der Fluidleitung (112, 212) in Verbindung steht und in den an seinem toten Ende (132, 232) ein kompressibles Fluid eingeschlossen ist.
Mikrofluidischer Chip (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkanal (128, 228, 328, 428, 528, 628, 728) durch eine Nut in der Grundplatte (110, 310, 410, 510, 610, 710) gebildet wird, die auf Ihrer Oberseite mittels einer Abdeckung (342, 442, 542, 742) gegenüber der Umgebung abgeschlossen ist.
Mikrofluidischer Chip (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut einen verrundeten Nutgrund (344) aufweist.
Mikrofluidischer Chip (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkanal (128, 228, 328, 428, 528, 628, 728) durch einen Schlitz in der Grundplatte (110, 310, 410, 510, 610, 710) gebildet wird, der auf seiner Ober und Unterseite jeweils mittels einer Abdeckung (542, 543) gegenüber der Umgebung abgeschlossen ist.
Mikrofluidischer Chip (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Grundplatte (110, 310, 410, 510, 610, 710) und der Abdeckung (442, 542, 543) beid seits der Nut bzw. des Schlitzes ein spaltförmiger Zwischenraum (450, 452, 550, 551, 552, 553) ausgebildet ist.
Mikrofluidischer Chip (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut bzw. der Schlitz am toten Ende (132, 232) des Messkanals (128, 228, 328, 428, 528, 628, 728) stirnseitig verrundet ist.
Mikrofluidischer Chip (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Grundplatte (110, 310, 410, 510, 610, 710) und der Abdeckung (342, 442, 542, 543, 742) am toten Ende (132, 232) des Messkanals (128, 228, 328, 428, 528, 628, 728) stirnseitig ein spaltförmiger Zwischenraum ausgebildet ist.
Mikrofluidischer Chip (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkanal (228) im Bereich seines toten Endes (132, 232) einen vergrößerten Querschnitt aufweist.
Mikrofluidischer Chip (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkanal (128, 228, 328, 428, 528, 628, 728) mäanderförmig gefaltet oder aufgewickelt ist.
Mikrofluidischer Chip (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmesseinrichtung entlang des Messkanals (128, 228, 328, 428, 528, 628, 728) eine Skala aufweist.
Mikrofluidischer Chip (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmesseinrichtung Mittel zum optischen Auslesen des Füllstandes der Fluidprobe in dem Messkanal (128, 228, 328, 428, 528, 628, 728) aufweist.
Mikrofluidischer Chip (100) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum optischen Auslesen des Füllstandes einen definierten Lichtpfad durch den Chip (100) umfassen, der den Messkanal (128, 228, 328, 428, 528, 628, 728) wenigstens einmal kreuzt.
Mikrofluidischer Chip (100) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum optischen Auslesen des Füllstandes einen definierten Lichtpfad durch den Chip (100) umfassen, der den Messkanal (128, 228, 328, 428, 528, 628, 728) so kreuzt, dass ein entlang des Lichtpfades eingestrahlter Lichtstrahl in Abhängigkeit von dem Füllstand an einer Grenzfläche des Messkanals (128, 228, 328, 428, 528, 628, 728) mehr oder weniger stark reflektiert oder gebrochen wird.
Mikrofluidischer Chip (100) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum optischen Auslesen des Füllstandes einen definierten Lichtpfad durch den Chip (100) umfassen, der den Messkanal (128, 228, 328, 428, 528, 628, 728) so kreuzt, dass ein entlang des Lichtpfades eingestrahlter Lichtstrahl in Abhängigkeit von dem Füllstand mehr oder weniger stark absorbiert oder gestreut wird.
Mikrofluidischer Chip (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum optischen Auslesen des Füllstandes entlang des optischen Lichtpfades wenigstens ei nen in den Chip (100) integrierten Umlenkspiegel (138, 140, 238, 240, 738, 740) aufweisen.
Mikrofluidischer Chip (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (110, 310, 410, 510, 610, 710) aus einem transparenten Polymermaterial hergestellt ist.
Mikrofluidischer Chip (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (112, 212) benetzend und der Messkanal (128, 228, 328, 428, 528, 628, 728) nicht-benetzend ausgebildet ist.
Mikrofluidischer Chip (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das kompressible Fluid Luft ist.