DE102010037532A1

DE102010037532A1 - Anschlussvorrichtung zur fluidischen Kontaktierung von Mikrofluidikchips

Info

Publication number: DE102010037532A1
Application number: DE102010037532A
Authority: DE
Inventors: Dr. Gehring Frank K.
Original assignee: Andreas Hettich GmbH and Co KG
Current assignee: Andreas Hettich GmbH and Co KG
Priority date: 2010-09-14
Filing date: 2010-09-14
Publication date: 2012-03-15
Also published as: EP2616179A1; US20130206268A1; CN103260761A; WO2012041705A1; JP2013543427A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anschlußvorrichtung zur fluidischen Kontaktierung eines Mikrofluidikchips (12), wobei in die Oberfläche des Mikrofluidikchips (12) Öffnungen eingebracht sind, und die Anschlussvorrichtung eine Trägerplatte (14) und zumindest einen Konnektor (16) umfaßt. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Konnektor (16) eine Hülse (22) und einen koaxial zur Hülse (22) angeordneten Flansch (26) aufweist, und der Innendurchmesser der Hülse (22) derart bemessen ist, dass sie einen makrofluidischen Schlauch (30) aufnimmt, und der Außendurchmesser derart bemessen ist, dass die Hülse (22) in einer in der Trägerplatte (14) eingebrachten Ausnehmung aufnehmbar ist.

Description

Die Erfindung umfasst eine Anschlussvorrichtung zur fluidischen Kontaktierung von Mikrofluidikchips, gemäß des Oberbegriffs des Anspruches 1.
Nach dem Stand der Technik, „A fast and reliabls way to establish fluidic connections to planar microchips” ist es bekannt, dass zur Kontaktierung von mikrofluidischen Plattformen eine makrofluidische Leitung mit einer elastischen Hülse verlängert wird. Der Außendurchmesser des makrofluidischen Leiters entspricht in etwa dem Innendurchmesser der Hülse. Dieser ist in einem Kontaktkörper eingebracht, der eine Ausnehmung mit dem Außendurchmesser der Hülse aufweist. Ferner ist die elastische Hülse derart gewählt, dass diese in ihrer axialen Erstreckung über den Kontaktkörper hinaus ragt. Durch das Aufeinanderbringen einer mikrofluidischen Plattform mit einem entsprechenden Durchgangsloch an dem Kontaktkörper wird die elastische Hülse in ihrer Aufnahme im Kontaktkörper komprimiert und dichtet den mikrofluidischen Chip und Kontaktkörper gegeneinander ab. Der Kontaktkörper weist auf seiner dem mikrofluidischen Chip abgewandten Seite Bohrungen für das Einstecken von makrofluidischen Leitungen auf, die im Innendurchmesser dem der Hülse entsprechen. Im nicht kontaktierten Zustand kann so eine makrofluidische Leitung in die elastische Hülse eingesteckt werden. Durch die Kompression bei der Kontaktierung erfährt die elastische Hülse eine Querschnittsveränderung des Innendurchmessers und dichtet so den Übergang zwischen makrofluidischer Leitung und Hülse ab. Diese Ausführungsform hat den Nachteil, dass die Auflagefläche sehr klein, und die Dichtfläche anfällig wegen Verunreinigungen ist. Zudem können Ungenauigkeiten in der Lage des mikrofluidischen Chips nicht ausgeglichen werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine Anschlußvorrichtung zur Kontaktierung von Mikrofluidikchips anzugeben, die ein hohes Maß an Dichtigkeit zur Verfügung stellt, schnell und einfach mit dem Mikrofluidikchip verbunden und wieder gelöst werden kann.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß weist die Anschlußvorrichtung zumindest einen Konnektor auf, wobei ein Konnektor eine Hülse umfaßt, an deren Ende ein Flanschring liegt. Der Flanschring liegt zwischen den zugewandten Oberflächen der Trägerplatte und dem zu kontaktierenden mikrofluidischen Chip.
Dieser an die Hülse angebrachter Flanschring verbessert das Dichtverhalten. Entgegen dem Stand der Technik, bei dem nur über eine geringe Aufstandsfläche, die Ringfläche zwischen Innen- und Außendurchmesser abgedichtet wird, wird die Dichtfläche durch die Anformungen eines Flanschrings deutlich vergrößert. Zudem ändert sich die Kraftleitung derart, dass die in dem Kontaktkörper aufgenommene Hülsenstruktur keine Verengung des Querschnitts bzw. ihres Innendurchmessers erfährt. Dies sorgt für eine Reproduzierbarkeit der Durchflusseigenschaften bei verbesserter Dichtung.
Die Anformung einer Flanschdichtung an eine elastische Hülse hat den Vorteil, dass eine gleichwertige Dichtung bei geringerer Anpresskraft erreicht werden kann. In dem Fall dass mehrere Anschlüsse für einen fluidischen Chip vorgesehen sind, ergibt sich eine mehr oder minder dämpfende Schicht zwischen der Fluidanschlussplatte und den mikrofluidischen Chip. Dies vermeidet Verspannungen des Fluidchips und garantiert dessen Funktion.
Zudem hat der Flanschring eine Ausgleichsfunktion, die es erlaubt, geringe Unebenheiten bzw. Toleranzen in der Herstellung des Fluidchips auszugleichen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die Hülse und der Flanschring einteilig ausgebildet. Dies hat den Vorteil einer optimalen Krafteinleitung. Zudem vermeidet es eine kleine Spalte, in die Schmutzpartikel eindringen können. Darüber hinaus wird das Handling durch einteilige Anschlussstücke deutlich verbessert. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Flanschringe direkt an die Trägeroberfläche angeklebt oder aufgespritzt. Dies verbessert sowohl die Handhabung bei der Verbindung der Trägerplatte mit dem mikrofluidischen Chip, als auch bei der Reinigung.
Mittels dieser Erfindung kann ein Mikrofluidchip sehr schnell und trotzdem zuverlässig lösbar kontaktiert werden. Die Zentrierung kann vorzugsweise über die Anschlussplatte erfolgen. Durch diese Art des Anschlusses können mehrere Anschlussstellen eines Fluidchips gleichzeitig kontaktiert werden. Dies bringt eine enorme Zeitersparnis gegenüber herkömmlichen Schraubverbindungen, die alle einzeln in die jeweiligen Aufnahmen geschraubt werden müssen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Dichtungsanschlüsse aus PDMS oder anderen resistenten und elastischen Kunststoffverbindungen hergestellt. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Ausnehmung im Flansch einen etwas geringeren Durchmesser als die Hülse und einen etwas größeren Durchmesser als der zu kontaktierende Mikrofluidanschlussöffnung auf. Vorzugsweise entspricht der Öffnungsquerschnitt im Flansch dem Innendurchmesser des Schlauchs. Dies hat ein ausnehmend kleines Totvolumen zur Folge.
Die Kunststoffanschlussstücke sind vorzugsweise bereits in die Trägerplatte integriert oder können in einer alternativen Ausführungsform nachträglich in die Trägerplatte eingesetzt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Querschnitt der Ausnehmung in der Trägerplatte zur Aufnahme der Hülse etwas geringer gewählt, als der Außendurchmesser der Kunststoffhülse. Dies führt zu einer Kompression der Hülse in radialer Richtung, was die Dichtigkeit gegenüber dem Schlauch deutlich verbessert.
Vorteilhafter Weise kann der Flanschring so gestaltet sein, dass der Innendurchmesser des Flanschrings dem der Leitung entspricht. Insbesondere liegt dann die Ringfläche der Leitung am Flansch an.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in den Zeichnungen werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugzeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugzeichen verwendet. In der Zeichnung bedeutet:
1 eine Explosionansicht eines Mikrofluidiksystems, umfassend die erfindungsgemäße Anschlussvorrichtung;
2 eine Schnittansicht des zusammengesetzten Mikrofluidiksystems, und
3 eine Detailschnittansicht der Anschlußvorrichtung.
1 zeigt eine Explosionsansicht eines Mikrofluidiksystem, umfassend eine Bodenplatte einen mikrofluidischen Chip, eine Anschlussplatte mit eingesetzten Konnektoren sowie eine Haltevorrichtung 18 zur Aufnahme eines Schnellverschlusses 20. Die Halterung 18 ist auf die Bodenplatte 10 montiert. Zwischen der Halterung 18 wird der mikrofluidische Chip 12 eingelegt. Die Trägerplatte 14 weist an der dem Mikrochip zugewandten Seite Ausnehmungen auf, in welche die Konnektoren 16 einsteckbar sind. Auf der dem Mikrochip abgewandten Seite sind Ausnehmungen vorgesehen, in die eine makrofluidische Leitung bzw. ein Schlauch einsteckbar ist. Der makrofluidische Schlauch wird dabei in die Hülse 22 eines Konnektors eingesteckt. Ferner sind Zentrierstifte 24 vorgesehen, die sich durch Bodenplatte, mikrofluidischer Chip und Trägerplatte erstrecken, um zu gewährleisten, dass die Anschlussöffnungen des mikrofluidischen Chips und die der Konnektoren 16 fluchtend aufeinander liegen. Durch den Schnellverschlussring 20 der im zusammengebauten Zustand in die Halterung 18 eingreift, wird die Trägerplatte 14 auf den mirkofluidischen Chip gedrückt, wodurch alle Konnektoren gleichzeitig die makrofluidische Schläuche mit dem mikrofluidischen Chip dicht verbinden.
So können unterschiedliche mikrofluidische Chips auf einfache Weise kontaktiert werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn alle mikrofluidischen Chips die Öffnungen für den Zugang zum mikrofluidischen System innerhalb des Chips an der gleichen Position haben. So können schnell und einfach verschiedene Chips in eine entsprechende Vorrichtung ein- und wieder ausgebaut werden. Die Anschlüsse weisen dabei eine hohe Flexibilität bei hoher Dichtung und niedrigem Tatvolumen auf.
2 zeigt eine Schnittansicht, in welcher auch der in einen Konnektor eingesteckte Schlauch dargestellt ist. Diese Darstellung zeigt die Bodenplatte 10, den mikrofluidischen Chip 12, die Trägerplatte 14, einen Justierzapfen 22 und einen in die Trägereinheit eingebauten Konnektor 16. In dem in der 2 gezeigten Zustand ist der Träger gegenüber der Bodenplatte verspannt. Daraus resultiert eine Komprimierung des an die Hülse 22 angeformten Flanschrings 26 in dem Bereich, in dem dieser zwischen Trägerplatte 14 und mikrofluidischen Chip 12 liegt. In die Öffnung des mikrofluidischen Chips 12 ist fluchtend bzw. koaxial zum zugeordneten Konnektor 16 ausgerichtet.
3 zeigt eine detaillierte Schnittansicht eines Konnektors 16 in einer Trägerplatte 14, wobei der Konnektor 16 auf einen mikrofluidischen Chip 12 aufgesetzt ist. Der Konnektor 16 umfasst eine Hülse 22 und einen an diese angeformten Flanschring 26. In die Hülse ist das Ende eines makrofluidischen Schlauchs 28 eingesteckt. In dieser Ausführungsform ist der Innendurchmesser der Ausnehmung im Flansch so bemessen, dass dieser dem Innendurchmesser des Schlauchs entspricht. Dies sorgt dafür, dass kein Totvolumen zwischen Schlauch 30 und Hülse 22 entsteht, sofern der Schlauch 30 bis an den Flanschring 26 geschoben ist. Zudem ist der Innendurchmesser des Flanschrings 26 so bemessen dass dieser ein wenig größer als die Öffnung des Fluidchips ist. Dadurch können Toleranzen im Anschluss ausgeglichen werden und eine Kontaktierung trotz Ungenauigkeiten gewährleistet werden.
Bezugszeichenliste

10: Bodenplatte
12: Chip
14: Trägerplatte
16: Konnektor
18: Halterung
20: Schnellverschluss
22: Justierzapfen
24: Hülse
26: Flanschring
28: Schlauch

Claims

Anschlußvorrichtung zur fluidischen Kontaktierung eines Mikrofluidikchips (12), wobei in die Oberfläche des Mikrofluidikchips (12) Öffnungen eingebracht sind, und die Anschlussvorrichtung eine Trägerplatte (14) und zumindest einen Konnektor (16) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Konnektor (16) eine Hülse (22) und einen koaxial zur Hülse (22) angeordneten Flansch (26) aufweist, und der Innendurchmesser der Hülse (22) derart bemessen ist, dass sie einen makrofluidischen Schlauch (30) aufnimmt, und der Außendurchmesser derart bemessen ist, dass die Hülse (22) in einer in der Trägerplatte (14) eingebrachten Ausnehmung aufnehmbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (22) und der Flansch (26) des Konnektors (16) einteilig ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Hülse (22) und Flansch (26) derart bemessen sind, dass der Flansch (26) an der dem Mikrofluidikchip (12) zugewandten Seite bündig eingesetzt ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Ausnehmung der Trägerplatte (14) eingesetzte Hülse (22) mit ihrer Außenwand vollständig an der Trägerplatte anliegt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (26) und die Trägerplatte (14) fest verbunden sind.
Konnektor (16) umfassend eine Hülse (22) und einen Flanschring (26) zur Verwendung in einer Anschlußvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Konnektor (16) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Flanschrings (26) dem Innendurchmesser einer einzusteckenden makrofluidischen Leitung (30) entspricht.