DE102015205906A1

DE102015205906A1 - Bevorratungseinheit, Verfahren zum Herstellen einer Bevorratungseinheit und Verfahren zum Freisetzen eines in einer Bevorratungseinheit gelagerten Fluids

Info

Publication number: DE102015205906A1
Application number: DE102015205906.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas Brettschneider; Daniel Czurratis; Alexander Grimm
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-04-01
Filing date: 2015-04-01
Publication date: 2016-10-20
Anticipated expiration: 2035-04-02
Also published as: DE102015205906B4; GB2538846A; GB201605091D0

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bevorratungseinheit (100) zum Bevorraten von einem Fluid (120), wobei die Bevorratungseinheit (100) eine Gehäuseeinheit (107), die eine Kavität (115) zum Aufnehmen des Fluids (120) aufweist. Ferner umfasst die Bevorratungseinheit (100) eine Verschlussmembran (125), die ausgebildet und/oder angeordnet ist, um ein Fluid (120) in der Kavität (115) fluiddicht in der Kavität (115) einzuschließen. Auch umfasst die Bevorratungseinheit (100) eine Einlassöffnung (130) in einer Wand der Gehäuseeinheit (107) zum Einleiten eines Förderfluids (135) und Ausüben eines pneumatischen und/oder hydraulischen Drucks durch das Förderfluid (135) auf die Verschlussmembran (125), wobei die Verschlussmembran (125) die Einlassöffnung (130) fluidisch von der Kavität (115) trennt. Schließlich umfasst die Bevorratungseinheit (100) ein Öffnungselement (148) zum Öffnen der Verschlussmembran (125) bei Beaufschlagung der Verschlussmembran (125) mit dem pneumatischen und/oder hydraulischen Druck, wobei das Öffnungselement (148) auf einer der Einlassöffnung (130) gegenüberliegenden Seite der Verschlussmembran (125) angeordnet ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Bevorratungseinheit, einem Verfahren zur Herstellung einer Bevorratungseinheit sowie einem Verfahren zum Freisetzen eines in einer Bevorratungseinheit gelagerten Fluids nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch Computerprogramm.
Vielfach werden mittlerweile moderne mikrofluidische Vorrichtungen für verschiedenste Zwecke verwendet, bei denen Flüssigkeiten auf einem Chip bereitgestellt oder transportiert werden müssen. Solche mikrofluidischen Vorrichtungen können beispielsweise bei sogenannten Lab-on-a-Chip-Systemen (LOCs) Anwendung finden, in denen die gesamte Funktionalität eines makroskopischen Labors auf einem beispielsweise Kreditkarten-großen Kunststoffsubstrat untergebracht wird und komplexe biologische, diagnostische, chemische oder physikalische Prozesse miniaturisiert ablaufen können.
In vielen Fällen bestehen LOC-Systeme aus polymerbasierten Mehrschichtaufbauten. Dieser Aufbau kann aus zwei Polymersubstraten, die Kavitäten in Form von Kammern und Kanälen beinhalten, bestehen. Zwischen den Polymersubstraten befindet sich eine flexible Polymermembran, die mithilfe von unterschiedlichen pneumatischen Druckniveaus in den angrenzenden Kavitäten ausgelenkt werden kann. Außerhalb der Kavitäten ist die Membran fest mit den angrenzenden Polymersubstraten (Deckel und Substrat) verbunden. Beispielsweise kann sich die flexible Membran durch das Anlegen von Druckluft in der ganzen Kammer ausbreiten und damit beispielsweise Flüssigkeiten verdrängen. Damit können Flüssigkeiten auf einem LOC-System über Kanäle von Kammer zu Kammer transportiert und Reservoire bzw. Kammern nahezu vollständig entleert werden. Mit dem gleichen Prinzip können auch pneumatisch gesteuerte Membranventile geöffnet oder geschlossen werden. In EP 1 896 180 B1 wird ein mikrofluidisches System beschrieben, in welchen flexible Membranen verwendet werden, um Flüssigkeiten innerhalb eines Lab-on-a-Chip-Systems zu verschieben. Um molekulardiagnostische Prozesse auf einem LOC-System ablaufen zu lassen, werden verschiedenste Flüssigkeiten (Wasser, Salzlösungen, Detergenzien) benötigt. Um diese während der Prozessierung nicht manuell von außen den Chip führen zu müssen, ist es vorteilhaft, sie direkt auf dem Chip (on-chip) zu lagern.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Bevorratungseinheit, ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Bevorratungseinheit, weiterhin ein Verfahren zum Freisetzen eines in einer Bevorratungseinheit gelagerten Fluids und eine Vorrichtung, die dieses Verfahren verwendet sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft eine Bevorratungseinheit zum Bevorraten von einem Fluid in einem Analysesystem, wobei die Bevorratungseinheit die folgenden Merkmale aufweist:

– eine Gehäuseeinheit, die eine Kavität zum Aufnehmen des Fluids aufweist;
– eine Verschlussmembran, die ausgebildet und/oder angeordnet ist, um ein Fluid in der Kavität fluiddicht in der Kavität einzuschließen;
– eine Einlassöffnung in einer Wand der Gehäuseeinheit zum Einleiten eines Förderfluids und Ausüben eines pneumatischen und/oder hydraulischen Drucks durch das Förderfluid auf die Verschlussmembran, wobei die Verschlussmembran die Einlassöffnung fluidisch von der Kavität trennt; und
– ein Öffnungselement zum Öffnen der Verschlussmembran bei Beaufschlagung der Verschlussmembran mit dem pneumatischen und/oder hydraulischen Druck, wobei das Öffnungselement auf einer der Einlassöffnung gegenüberliegenden Seite der Verschlussmembran angeordnet ist.

Unter einem Fluid kann beispielsweise eine Flüssigkeit wie wässrige Lösungen, salzige Lösungen, Detergentien, Alkohol oder eine Säure verstanden werden, die für eine Reaktion im Analysesystem erforderlich ist. Das Fluid soll dabei beispielsweise zu einem bestimmten Zeitpunkt steuerbar freigesetzt werden können. Bei der Gehäuseeinheit kann es sich beispielsweise um einen Kunststoffelement (beispielsweise Thermoplaste wie PC, COP, COC, PP, PE, PET, ABS) handeln. Die Gehäuseeinheit ist beispielsweise aus mehreren Teilen zusammengesetzt oder zusammensetzbar. Unter einer Kavität kann beispielsweise ein Hohlraum oder eine Ausnehmung in der Gehäuseeinheit verstanden werden, die zur Aufnahme des Fluids vorgesehen ist. Unter einer Verschlussmembran kann beispielsweise eine Folie (beispielsweise eine Barrierefolie, Siegelfolie oder Polymerverbundfolie) verstanden werden, die ein in der Kavität gelagertes Fluid fluiddicht einschließt. Unter einer Einlassöffnung kann eine Öffnung in der Wand verstanden werden, durch welche ein (weiteres) Fluid in der Form des Förderfluids in das Innere der Bevorratungseinheit eingeleitet werden kann. Unter einem solchen Förderfluid kann beispielsweise ein Gas, wie vorzugsweise (Druck-)Luft oder eine Flüssigkeit eingeleitet werden. Unter einem Öffnungselement kann vorwiegend ein Vorsprung verstanden werden, der zum Öffnen oder zum Zerreißen der Verschlussmembran vorgesehen ist, wenn die Verschlussmembran unter Einwirkung des Förderfluids direkt oder indirekt auf diesen Vorsprung gedrückt wird. Hierzu kann der Vorsprung vorteilhafterweise Spitzen oder Kanten aufweisen, um ein definiertes Zerreißen der Verschlussmembran unter bestimmten Bedingungen sicherzustellen.
Der vorliegende Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass sehr präzise und genau zu einem bestimmten Zeitpunkt das Fluid in der Kavität freigesetzt werden kann, wenn ein Förderfluid durch die Einlassöffnung in der Wand der Gehäuseeinheit eingeleitet wird. In diesem Fall wird bewirkt, dass durch die mechanische Kopplung der Elemente der Bevorratungseinheit zeitnah die Verschlussmembran zerreißt und das in der Kavität gelagerte Fluid freigesetzt werden kann. Der hier vorgestellte Ansatz bietet den Vorteil, dass durch die sehr präzise Steuerung eines Förderfluids sehr einfach und präzise die gewünschte Menge des Fluids aus der Kavität freigegeben werden kann und für die Reaktion im Analysesystem dann zur Verfügung steht. Dies wiederum ermöglicht, eine gewünschte Reaktion mit bestimmten Reaktionsparametern präzise und steuerbar zu bewirken, sodass eine geringe Ausfallwahrscheinlichkeit des Analysesystems zu befürchten ist. Zugleich lässt sich die hier vorgestellte Bevorratungseinheit technisch sehr einfach und somit kostengünstig realisieren. Zusätzlich lassen sich Reagenzien langzeitstabil auf dem LOC-System lagern.
Günstig ist eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der das Öffnungselement eine in Richtung der Verschlussmembran sich verjüngende Struktur aufweist, insbesondere wobei das Öffnungselement an einem der Verschlussmembran gegenüberliegenden Seite einen Trennabschnitt zum Trennen der Verschlussmembran aufweist. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil einer präzisen Öffnung der Verschlussmembran bei Einleiten eines bestimmten Volumens des Förderfluids durch die Einlassöffnung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes kann das Öffnungselement zumindest teilweise aus dem Material der Gehäuseeinheit, insbesondere einstückig mit einem Teil der Gehäuseeinheit hergestellt sein und/oder das Öffnungselement zumindest teilweise ein Metall aufweisen. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil einer technisch sehr einfachen Herstellung des Öffnungselements bei zugleich zur Sicherheit der gewünschten Funktion dieses Öffnungselements.
Besonders einfach und präzise lässt sich die Verschlussmembran öffnen, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes das Öffnungselement in einem der Verschlussmembran gegenüberliegenden Bereich eine linienförmige Schneide aufweist.
Denkbar ist auch eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei dem das Öffnungselement als Hohlnadel ausgebildet ist, insbesondere um bei einem Einsatz der Bevorratungsvorrichtung bei einem Öffnen der Verschlussmembran einen Kontakt des Förderfluids mit einem in der Kavität gelagerten Fluid zu ermöglichen. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet die Möglichkeit einer besonders guten Führung des Förderfluids und somit eines vorteilhaften Austreibens des Fluids aus der Kavität.
Auch kann gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes das Öffnungselement sich von einem im Wesentlichen ebenen Bodenbereich in Richtung der Verschlussmembran hin erstrecken. Unter einem ebenen Bodenbereich kann beispielsweise ein Bereich des Bodens der Kavität verstanden werden, bei dem auf gegenüberliegenden Seiten des Öffnungselement der Boden der Kavität oder Ausnehmung eine im Wesentlichen gleiche Tiefe in Bezug auf ein der Verschlussmembran gegenüberliegendes Ende des Öffnungselements aufweist. Beispielsweise sollte die Tiefe der Kavität oder Ausnehmung um nicht mehr als 10% auf beiden gegenüberliegenden Seiten des Öffnungselements abweichen.
Auch kann gemäß einer weiteren Ausführungsform das Öffnungselement einem Rand der Kavität bilden. Hierdurch wird ein sehr einfaches und störungsfreies Ausleiten des Fluids aus der Kavität ermöglicht.
Besonders einfach kann das in der Kavität gelagerte Fluid freigesetzt werden, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes die Verschlussmembran durch das Öffnungselement vorgespannt ist.
Technisch besonders einfach herstellen lässt sich eine Bevorratungseinheit dann, wenn gemäß einer Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes die Gehäuseeinheit eine Fluidaufnahmeteileinheit und eine Deckeleinheit aufweist, wobei die Fluidaufnahmeeinheit die mit der Verschlussmembran verschließbare und/oder verschlossene Kavität umfasst und wobei die Deckeleinheit die Einlassöffnung aufweist. Dabei kann die Fluidaufnahmeteileinheit und die Deckeleinheit je eine Komponente der Gehäuseeinheit bilden, die in einem finalen Herstellungsschritt zusammengefügt werden.
Besonders günstig ist eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der eine Druckmembran vorgesehen ist, die zwischen der Einlassöffnung und der Verschlussmembran angeordnet ist, und die gegenüber der Verschlussmembran reißfester ausgestaltet ist. Dabei kann die Druckmembran ausgebildet sein, um einem pneumatischen und/oder hydraulischen Druck durch das über die Einlassöffnung zuzuführende Förderfluid standzuhalten. Unter einer solchen Druckmembran kann eine Folie (beispielsweise aus einem thermoplastischen Elastomer wie TPU, TPS, TPV...) verstanden werden, die mechanisch sehr belastbar ist und durch einen zu erwartenden pneumatischen und/oder hydraulischen Druck durch das Förderfluid gewöhnlich nicht bersten wird. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, eine Trennung zwischen dem Förderfluid und dem Fluid beim Freisetzen des Fluids aus der Kavität sicherstellen zu können. Hierdurch wird eine Verunreinigung des Fluids vermieden. Zugleich kann ein vollständiges Austreiben des gesamten in der Kavität befindlichen Volumens des Fluids mit technisch einfachen Mitteln sichergestellt. Dabei kann günstigerweise die Druckmembran für das in der Kavität gelagerte oder zu lagernde Fluid fluiddicht ausgestaltet ist.
Besonders zuverlässig kann das Zerreißen oder Bersten der Druckmembran an dem Öffnungselement verhindert werden, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes die Druckmembran an einem Befestigungsabschnitt an der Gehäuseeinheit befestigt ist, wobei zumindest zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Befestigungsabschnitts angeordnete Teilabschnitte der Druckmembran bei einem Einströmen des Förderfluids durch die Einlassöffnung in Richtung der Verschlussmembran beweglich sind.
Sehr sicher und gegebenenfalls unter Einwirkung der Schwerkraft lässt sich das Fluid aus der Kavität ausleiten, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes eine Auslassöffnung zum Freigeben des in der Kavität speicherbaren oder gespeicherten Fluids vorgesehen ist, wobei die Auslassöffnung in einem Bereich der Befestigung der Verschlussmembran an einem Teil der Gehäuseeinheit vorgesehen ist.
Von Vorteil ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes als Verfahren zum Herstellen einer Bevorratungseinheit gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei für das Verfahren Komponenten der Gehäuseeinheit bereitgestellt werden, wobei zumindest eine Komponente der Gehäuseeinheit die Kavität und das Öffnungselement und eine Komponente der Gehäuseeinheit die Einlassöffnung aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist;

– Einfüllen des Fluids in die Kavität der Komponente der Gehäuseeinheit;
– Fluiddichtes Verschließen der Kavität in der Komponente der Gehäuseeinheit mit der Verschlussmembran; und
– Zusammenfügen der Komponenten der Gehäuseeinheit, um die Bevorratungseinheit herzustellen.

Durch ein solches Verfahren zum Herstellen der Bevorratungseinheit lässt sich diese Bevorratungseinheit sehr kostengünstig herstellen, wobei dennoch eine präzise Funktion dieser Bevorratungseinheit, also ein steuerbares Freisetzen des in der Bevorratungseinheit gelagerten Fluids möglich wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes kann auch ein Verfahren zum Freisetzen eines in einer bereitgestellten Bevorratungseinheit gemäß einer hier vorgestellten Ausführungsform gelagerten Fluids vorgesehen sein, wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist:

– Einleiten eines Förderfluids in die Einlassöffnung, um die Verschlussmembran durch pneumatischen und/oder hydraulischen Druck an das Öffnungselement zu drücken und hierdurch die Verschlussmembran zu öffnen, um das Fluid n der Kavität freizusetzen.

Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet ebenfalls den Vorteil einer besonders präzisen und steuerbaren Freisetzung des Fluids in der Bevorratungseinheit.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes kann ein Schritt des Absaugens des Fluids durch einen Auslasskanal der Bevorratungseinheit erfolgen.
Diese Verfahren können beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
1A–C Querschnittsdarstellungen durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Bevorratungseinheit;
2A–C Querschnittsdarstellungen durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Bevorratungseinheit;
3A–C Querschnittsdarstellungen durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Bevorratungseinheit;
4A–C Querschnittsdarstellungen durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Bevorratungseinheit;
5A–C Querschnittsdarstellungen durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Bevorratungseinheit;
6A–C Querschnittsdarstellungen durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Bevorratungseinheit;
6D eine Draufsichtdarstellung auf das Ausführungsbeispiel einer Bevorratungseinheit aus den 6A–C;
7A–C Querschnittsdarstellungen durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Bevorratungseinheit;
8A–E Querschnittsansichten von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen von Öffnungselementen zur Verwendung in einem Ausführungsbeispiel einer Bevorratungseinheit;
9A–E Draufsichtdarstellungen von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen von Öffnungselementen zur Verwendung in einem Ausführungsbeispiel einer Bevorratungseinheit;
10–11 Ablaufdiagramme von Verfahren gemäß Ausführungsbeispielen des hier vorgestellten Ansatzes; und
12–13 Blockschaltbilder von Vorrichtungen gemäß Ausführungsbeispielen des hier vorgestellten Ansatzes.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1A zeigt eine Querschnittsdarstellung durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Bevorratungseinheit 100 gemäß dem hier vorgestellten Ansatz in einem Ruhezustand. Diese besteht aus einem ersten Polymersubstrat 105, das hier als Deckelelement einer Gehäuseeinheit 107 wirkt und das in Kontakt steht zu einem zweiten Polymersubstrat 110, welches als Fluidaufnahmeelement der Gehäuseeinheit 107 wirkt. Das zweite Polymersubstrat 110 enthält eine Kavität 115, in welcher eine Flüssigkeit (beispielsweise ein Alkohol) als Fluid 120 für eine auszuführende Reaktion einer in der 1A nicht dargestellten Analyseeinheit vorgelagert ist. Die Kavität 115 wird (fluiddicht) verschlossen von einer Siegelfolie als Verschlussmembran 125, welche die Kavität 115 überlappt und im Überlappungsbereich 127 mit dem ersten Polymersubstrat 105 oder dem zweiten Polymersubstrat 110 fluidisch dicht verbunden ist. Im ersten Polymersubstrat 105 befindet sich weiterhin ein mikrofluidischer Zugang als Einlassöffnung 130, welcher es erlaubt, einen pneumatischen (oder hydraulischen) Überdruck eines Förderfluids 135 (wie beispielsweise Luft) an die der Kavität 115 abgewandten Fläche der Siegelfolie bzw. Verschlussmembran 125 anzulegen. Ein zwischen der Verschlussmembran 125 und dem Deckelelement 105 befindlicher Spalt 140 wird seitlich in Form eines Auslasskanals 145 abgeführt, an den sich ein in der 1A nicht dargestelltes fluidisches Netzwerk beispielsweise der Analysevorrichtung anschließen kann, welches die vorgelagerte Flüssigkeit 120 in geeigneter Weise weiter verarbeitet. Die Bevorratungseinheit 100 kann dabei beispielsweise integraler Bestandteil der Analyseeinheit sein.
Innerhalb der Kavität 115 befindet sich außerdem ein Öffnungselement 148, ein Halteelement 150 mit einem Schneidelement 155 aufweist, wobei das Schneidelement 155 dazu geeignet ist, die Siegelfolie bzw. Verschlussmembran 125 unter mechanischer Belastung zu durchtrennen oder zu perforieren. Das Schneidelement 155 kann als Öffnungselement 148 beispielsweise auch einstückig mit dem Halteelement 150 oder gar einstückig mit dem Halteelement 150 und dem zweiten Polymersubstrat 110 ausgeformt sein und punkt- oder linienförmig wirken. Das Schneidelement 155 kann dabei aus dem gleichen Material wie das Halteelement 150 bestehen, z. B. einem Polymer, oder beispielsweise in Form einer Metallschneide ausgeführt sein.
Um die vorgelagerte Flüssigkeit 125 über den Auslasskanal 145 bereitzustellen, wird über den Zugang 130 ein pneumatischer Überdruck angelegt, welcher dazu fährt, dass die Siegelfolie bzw. Verschlussmembran 125 eine Kraft in Richtung der Kavität 115 erfährt. Hierdurch kommt es insbesondere im Bereich der Auflagefläche des Schneidelements 155 des Öffnungselementes 148 zu Spannungen, die ab einem gewissen pneumatischen Druck des Förderfluids 135 so stark werden, dass die Siegelfolie bzw. Verschlussmembran 125 durchtrennt wird. Infolgedessen wird die Siegelfolie 125 in Richtung des (im Wesentlichen ebenen) Bodens 160 der Kavität 115 in die Kavität 115 verdrängt und die Flüssigkeit bzw. allgemeiner das Fluid 120 wird freigegeben.
1B zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels der Bevorratungseinheit 100 in einen Zustand zu einem ersten Zeitpunkt t₁, in dem der pneumatische Überdruck des Förderfluids 135 so stark erhöht wurde, dass die Verschlussmembran 125 aufgerissen ist und in die Kavität 115 gedrückt wurde. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, die Schwerkraft derart auszunutzen, dass sich die Flüssigkeit bzw. das Fluid 125 über dem Auslasskanal 145 sammelt. Durch ein Aufrechterhalten des pneumatischen Drucks des Förderfluids 135 wird die Flüssigkeit bzw. das Fluid 120 durch den Auslasskanal 145 befördert und einem nachfolgenden mikrofluidischen Netzwerk in der (nicht dargestellten Analyseeinheit) bereitgestellt. Zudem besteht die Möglichkeit, den Druck nach Öffnung der Verschlussmembran wieder wegzunehmen. Die Entleerung der Flüssigkeit kann dann entweder schwerkraftgetrieben erfolgen oder auch aktiv angesaugt werden vom LOC-System.
10 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels der Bevorratungseinheit 100 in einen Zustand zu einem zweiten Zeitpunkt t₂ nach dem ersten Zeitpunkt t₁, in dem der pneumatische Überdruck des Förderfluids 135 soweit aufrechterhalten wurde, dass die Verschlussmembran 125 vollständig auf den Boden der Kavität 115 niedergedrückt ist und das Fluid 120 durch den Auslasskanal oder die Auslassöffnung 145 abfließen kann.
Ein wichtiges Ziel des hier vorgestellten Ansatzes kann darin gesehen werden, dass eine pneumatisch-mechanische Bereitstellung von Flüssigreagenzien für LoC-Systeme möglich wird, um flüssige Reagenzien für LoC-Anwendungen langzeitstabil zu lagern und bei Bedarf bereitzustellen und gleichzeitig eine effiziente Entleerung der Reservoire sicherzustellen.
Dabei ermöglicht der hier vorgestellte Ansatz in polymerbasierten, mikrofluidischen LoC-Systemen (z. B. Kreditkarten-große LoC-Kartuschen) eine langzeitstabile Lagerung und zuverlässige Bereitstellung von Flüssigreagenzien. Die Flüssigkeit, d. h. vorliegend das Fluid 120, wird in einem Reservoir, d. h., vorliegend der Kavität 115, gelagert und mit einer Barrierefolie als Verschlussmembran 125 versiegelt. Bei der Barrierefolie 125 handelt es sich beispielsweise um eine Polymerverbundfolie, die aus einer Siegelschicht (Polypropylen, Polyethylen, Heißkleber, ...) und aus einer Aluminiumschicht bestehen. Optional wird die Aluminiumschicht zusätzlich mit einer Schutzschicht aus PET oder Lack versehen. Im Reservoir 115 befinden sich mechanische Anschläge wie das Öffnungselement 148, das beispielsweise als Spitze oder Hohlnadel ausgestaltet ist, welche durch eine pneumatische Auslenkung der Barrierefolie 125 bzw. flexiblen Membran, die hier als Druckmembran ausgestaltet ist, zu einer lokalen Spannungsüberhöhung der Barrierefolie 125 führen. Dies führt bei Erreichen eines definierten pneumatischen Drucks zu einem Aufbrechen der Barrierefolie 125 und nach Wegfallen der pneumatischen Drucks zu einer Freigabe der Flüssigkeit 120. Diese kann neben einer möglichen Schwerkraftentleerung auch aktiv angesaugt werden für die weitere Prozesssierung in einer Analyseeinheit. Dieses Ansaugen kann auch ohne eine flexible Membran erfolgen. Die Auslenkung der Barrierefolie 125 durch pneumatischen Druck durch das Förderfluid 135 gegen mechanischen Anschläge, Spitzen oder Hohlnadeln als Öffnungselemente 148 im Reservoir 115 zur Spannungsüberhöhung der Barrierefolie 125 und damit resultierender Reagenzfreigabe stellen einen Hauptaspekt des hier vorgestellten Ansatzes dar.
Der hier vorgestellte Ansatz biete dabei mehrere Vorteile:

– Es braucht keine vorangehende Strukturierung der Barrierefolie 125 zur Erzeugung einer Sollbruchstelle erfolgen. Dies führt zu einer drastischen Vereinfachung des Fertigungsprozesses und damit zu einer Reduktion der Herstellkosten.
– Auf eine Bereitstellungskammer kann verzichtet werden, was zu einer deutlichen Flächenreduktion führt. Hierdurch werden die Herstell-, Lager- und Transportkosten einer Kartusche verringert.
– Alle Elemente, die zum Aufbrechen der Barrierefolie 125 dienen sollen, wie beispielsweise Spitzen, Hohlnadeln oder Zacken können direkt auf dem Chip bzw. einer entsprechend ausgestalteten Gehäuseeinheit 107 oder Komponenten davon wie der Deckeleinheit 105 und oder der Fluidaufnahmeeinheit 110, durch Spritzguss erfolgen. Auch hier ist kein zusätzlicher Prozessschritt notwendig bei der Einbringung einer Sollbruchstelle.
– Die Vorlagerung der Flüssigreagenzien 120 kann direkt auf dem Chip also der Bevorratungsvorrichtung 100 erfolgen, die beispielsweise integraler Bestandteil der Analyseeinheit sein kann. Es sind keine separaten Behältnisse (Blister, Stickpacks) erforderlich. Hierdurch werden die Produktionskosten deutlich gesenkt.
– Auf einen externen mechanischen beweglichen Aktuator (z. B. Stempel) zum Entleeren der Flüssigkeit 120 kann verzichtet werden, was Kontaminationsrisiken von außen und die Komplexität der externen Steuereinheit reduziert. Hierdurch werden Kosten gesenkt und eine größere Sicherheit im Betrieb erreicht.

2A zeigt eine Querschnittsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer hier vorgestellten Bevorratungseinheit 100 in einem Ruhezustand. In diesem Ausführungsbeispiel wird gegenüber dem in den 1A bis 1C dargestellten Ausführungsbeispiel zusätzlich eine elastische Polymermembran als Druck(übertragungs)membran 200 eingesetzt, welche zwischen dem ersten Polymersubstrat 105 und dem zweiten Polymersubstrat 110 angeordnet ist, so dass der pneumatische Druck des über den Zugang oder Einlassanschluss 130 eingeführten Förderfluids 135 nicht direkt auf die Siegelfolie bzw. Verschlussmembran 125 wirkt, sondern zunächst nur auf die Polymermembran bzw. Druckmembran 200. Die Polymermembran bzw. Druckmembran 200 ist dabei im Bereich gegenüber der Kavität 115 nicht mit dem ersten Polymersubstrat 105 verbunden. Durch die Elastizität der Polymermembran bzw. Druckmembran 200 wird die wirkende Kraft direkt auf die Siegelfolie bzw. Verschlussmembran 125 übertragen, bis diese vom Schneidelement 155 des Öffnungselementes 148 durchtrennt wird. Anschließend dehnt sich die Polymermembran bzw. Druckmembran 200 in die Kavität 115 aus (siehe 2B, die den Zustand zu einem ersten Zeitpunkt nach der Aktivierung der Bevorratungseinheit 100 wiedergibt), sodass die darin befindliche Flüssigkeit bzw. das Fluid 120 in den Auslasskanal 145 verdrängt wird (siehe 2C, die den Zustand zu einem dem ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt nach der Aktivierung der Bevorratungseinheit 100 wiedergibt). Dieses Ausführungsbeispiel hat insbesondere den Vorteil, dass der Vorgang des Verdrängens der Flüssigkeit bzw. Fluid 120 selbstlimitierend in dem Sinne ist, dass der über den Zugang bzw. die Einlassöffnung 130 bereitgestellte pneumatische Druck des Förderfluids 135 nicht weggenommen werden braucht, um ein Fortschreiten der Flüssigkeit bzw. des Fluids 120 im nachfolgenden mikrofluidischen Netzwerk der in den Figuren nicht dargestellten Analyseeinheit zu stoppen. Hierdurch ist es möglich, nach einer gewissen Wartezeit einen wohldefinierten Ausgangszustand („vorgelagerte Flüssigkeit steht bereit”) für nachfolgende Prozessschritte zu erzeugen.
Alternativ zu den vorangegangenen und nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann der pneumatische Druck des Förderfluids 135 über Zugang bzw. die Einlassöffnung 130 nach dem Öffnen der Siegelfolie bzw. Verschlussmembran 125 zurückgenommen werden und die Flüssigkeit 120 in der Kavität 115 beispielsweise durch eine in den Figuren nicht dargestellte nachgeschaltete mikrofluidische Pumpe entleert werden. Hierzu ist es besonders vorteilhaft, einen zusätzlichen Entlüftungskanal zwischen dem ersten Substrat 105 (Deckelelement) und dem zweiten Substrat 110 (Fluidaufnahmeelement) der Gehäuseeinheit 107 vorzusehen.
Die Teilfiguren der 3 zeigen je eine Querschnittsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer hier vorgestellten Bevorratungseinheit 100 in einem Ruhezustand (3A), einem Zustand zu einem ersten Zeitpunkt nach der Aktivierung der Bevorratungseinheit 100 (3B) und einem Zustand zu einem dem ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt nach der Aktivierung der Bevorratungseinheit 100 (3C). In diesem Ausführungsbeispiel wird gegenüber dem in den 2A bis 2C dargestellten Ausführungsbeispiel die Polymermembran bzw. Druckmembran 200 nicht über die gesamte Fläche gegenüber der Kavität 115 frei, sondern oberhalb des Schneidelements 155 des Öffnungselementes 148 mit dem ersten Polymersubstrat 105 (Deckelelement) in einem Befestigungsabschnitt 300 verbunden. Wird über den Zugang bzw. die Einlassöffnung 130 ein pneumatischer Überdruck des Förderfluids 135 bereitgestellt, bleibt der Kontakt zwischen Polymermembran bzw. Druckmembran 200 und dem ersten Polymersubstrat 105 bestehen, während sich der übrige Bereich der Druckmembran 200, also in Bezug auf den Befestigungsabschnitt 300 gegenüberliegende Teilelemente 310 der Druckmembran 300 in Richtung der Kavität 115 ausbreiten oder auslenken können und die Siegelfolie bzw. Verschlussmembran 125 durchtrennt wird. Dieses Ausführungsbeispiel hat insbesondere den Vorteil, dass kein direkter Kontakt zwischen Polymermembran bzw. der Druckmembran 200 und dem Schneidelement 155 des Öffnungselementes 148 besteht. Hierdurch wird das Risiko eines Durchtrennens der Polymermembran bzw. Druckmembran 200 durch das Schneidelement 155 des Öffnungselementes 148 reduziert und die Zuverlässigkeit erhöht.
Die Teilfiguren der 4 zeigen je eine Querschnittsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer hier vorgestellten Bevorratungseinheit 100 in einem Ruhezustand (4A), einem Zustand zu einem ersten Zeitpunkt nach der Aktivierung der Bevorratungseinheit 100 (4B) und einem Zustand zu einem dem ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt nach der Aktivierung der Bevorratungseinheit 100 (4C). In diesem Ausführungsbeispiel werden gegenüber dem in den 2A bis 2C dargestellten Ausführungsbeispiel die Abmessungen des Halteelements 150 und Schneidelements 155 des Öffnungselementes 148 so gewählt, dass die Siegelnaht der Verschlussmembran 125 im Bereich der Gehäuseeinheit 107 bereits im Grundzustand eine mechanische Spannung erfährt. Dieses Ausführungsbeispiel hat insbesondere den Vorteil, dass die Siegelfolie bzw. Verschlussmembran 125 bei besonders geringen pneumatischen Drücken des Förderfluids 135 durchtrennt wird. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit erhöht.
Die Teilfiguren der 5 zeigen je eine Querschnittsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer hier vorgestellten Bevorratungseinheit 100 in einem Ruhezustand (5A), einem Zustand zu einem ersten Zeitpunkt nach der Aktivierung der Bevorratungseinheit 100 (5B) und einem Zustand zu einem dem ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt nach der Aktivierung der Bevorratungseinheit 100 (5C). In diesem Ausführungsbeispiel befindet sich das Schneidelement 155 des Öffnungselementes 148 gegenüber dem in den 2A bis 4C dargestellten Ausführungsbeispielen am Rand der Kavität 155, bevorzugt am höchsten Punkt der Kavität 155, der den Rand 500 der Kavität 115 in Richtung der Verschlussmembran 125 bildet. Dieses Ausführungsbeispiel hat insbesondere den Vorteil, dass die Entleerung des Fluids 120 aus der Kavität 115 durch die Schwerkraft unterstützt werden kann und das Fluid 120 bei geöffneter Verschlussmembran 125 direkt zum Auslasskanal 145 geleitet wird. Außerdem ist es möglich, das Risiko des Eindringens von Luftblasen in den Auslasskanal 145 zu reduzieren. Hierdurch wird eine noch reproduzierbarere Entleerung der Kavität 115 ermöglicht.
Die Teilfiguren der 6 zeigen je eine Querschnittsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer hier vorgestellten Bevorratungseinheit 100 in einem Ruhezustand (6A), einem Zustand zu einem ersten Zeitpunkt nach der Aktivierung der Bevorratungseinheit 100 (6B) und einem Zustand zu einem dem ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt nach der Aktivierung der Bevorratungseinheit 100 (6C). In diesem Ausführungsbeispiel ist zusätzlich zu dem in den 5A bis 5C dargestellten Ausführungsbeispiel zumindest ein weiteres Öffnungselement 148' vorgesehen, das an einem dem Rand 500 gegenüberliegenden Rand 500' der Kavität 155 in Richtung der Verschlussmembran 125 angeordnet ist. Dabei weisen das Öffnungselement 148 sowie das weitere Öffnungselement 148' je ein Schneidelement 155 bzw. 155' auf. Durch Aktuierung des pneumatischen Drucks des Förderfluids 135 wird die Polymermembran bzw. Druckmembran 200 ausgelenkt und drückt über die Siegelfolie bzw. Verschlussmembran 125 auf die Schneidelemente 155 bzw. 155' des Öffnungselementes 148 bzw. 148', was zum Aufbrechen der Siegelfolie bzw. Verschlussmembran 125 führt. Nach Öffnen der Siegelfolie bzw. Verschlussmembran 125 wird der pneumatische Druck auf das Förderfluid 135 weggenommen, sodass die Flüssigkeit bzw. das Fluid 120 durch die Öffnungen der Siegelfolie bzw. Verschlussmembran 125 mit Hilfe der Schwerkraft über den Auslasskanal bzw. die Auslassöffnung 145 entleert werden kann. Um möglichst durchlässige Öffnungen in der Siegelfolie bzw. Verschlussmembran 125 zu erzeugen, ist es besonders vorteilhaft, die Schneideelemente 155 bzw. 155' bogenförmig auszuführen (z. B. in der Form eines Halbkreises), wie es in der Draufsichtdarstellung gemäß der 6D dargestellt ist.
Die Teilfiguren der 7 zeigen je eine Querschnittsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer hier vorgestellten Bevorratungseinheit 100 in einem Ruhezustand (7A), einem Zustand zu einem ersten Zeitpunkt nach der Aktivierung der Bevorratungseinheit 100 (7B) und einem Zustand zu einem dem ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt nach der Aktivierung der Bevorratungseinheit 100 (7C). In diesem Ausführungsbeispiel ist zusätzlich zu dem in den 2A bis 6C dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Schichtaufbau der Gehäuseeinheit 107 aus drei Substraten 105, 110 und 700, wobei das Substrat 700 als Zwischenträgerelement ausgestaltet sein kann und zwischen das Deckelelement 105 und das Fluidaufnahmeelement 110 verbaut ist. Zusätzlich ist die Siegelfolie bzw. die Verschlussmembran 125 abschnittsweise aufgebracht und der Kanal 710 zwischen dem Deckelelement 105 und dem Fluidaufnahmeelement 110 durch zwei Stege 720 unterbrochen. Damit ist es möglich, durch Anlegen eines pneumatischen Druckes über die Zugänge bzw. Einlassöffnungen 130 die Druckmembran 200 so auszulenken, dass die Siegenfolie 125 an den Schneidelementen 155 bzw. 155' der Öffnungselemente 148 bzw. 148' zu durchtrennen (siehe aus 7B). Die Schneidelemente 155 bzw. 155' der Öffnungselemente 148 bzw. 148' sind hierzu besonders vorteilhaft in Form von Hohlnadeln ausgeführt. Nach Durchtrennen der Siegelfolie 125 kann anschließend ein pneumatischer Druck des Förderfluids 135 reduziert oder ganz unterbunden werden (siehe Zustand aus 7C) und ein Druck über das Kanalstück 730 angelegt werden (oder es wird die Flüssigkeit wieder aktiv angesaugt, was in der vorherigen Ausführungsform nicht möglich war), welcher über den Kanal 750 in die Kavität 3 übertragen wird. Hierdurch wird die Flüssigkeit bzw. das Fluid 120 durch den Kanal 760 zum Auslasskanal 145 befördert und damit der Analyseeinheit bereitgestellt.
Beispielhafte Abmessungen der unterschiedlichen Komponente der vorstehend genannten Ausführungsbeispiele können wie folgt angegeben werden:
Dicke Polymersubstrat (Deckelelement 105 oder Fluidaufnahmelement 110); 0,5 bis 5 mm
Volumen des Fluids 120, das in der Kavität 115 vorgelagert wird: 5 μl–10 ml
Flexible Polymermembran: thermoplastische Elastomere (TPU, TPS, TPV), Silikon, PDMS, Elastomere...
Dicke Polymermembran (Druckmembran): 5 bis 1 mm
Polymersubstrate (Deckelelement, Fluidaufnahmeelement, Zweichenträgerelement): COP, COC, PP, PE, PC, PET, ABS
Die Schneidelemente 155 bzw. 155' der Öffnungselemente 148 bzw. 148' können aus den gleichen Polymeren wie die Substrate 105, 110 bzw. 700 im Spritzguss hergestellt werden. Darüber hinaus könne diese Schneidelemente 155 bzw. 155' auch aus Metall(en) wie Stahl, Edelstahl, Aluminium, Gold, Silber, Kupfer, Titan bestehen, die beispielsweise vor dem Spitzgussprozess direkt in oder an den Halteelementen 150 versenkt werden können, um das jeweils betreffende Öffnungselement 148 herzustellen. Die Schneidelemente 155 bzw. 155' können ebenfalls durch andere Fügeverfahren (beispielsweise ein Kleben) in den Polymersubstraten 105, 110 oder 700 angebracht werden.
In Bezug auf die Verschlussmembran als vorzugsweise mehrschichtige Siegelfolie lässt sich Folgendes beispielhaft nennen
Dicke Barriereschicht (i. d. R. Alu): 10 μm bis 500 μm
Dicke Siegelschicht (z. B. PP, PE, Heißkleber): 5 μm bis 500 μm
Dicke Schutzschicht (z. B. PET, Polyester, PP, PE, Schutzlack): 5 μm bis 500 μm
Neben den Ausführungsbeispielen sind beliebig andere geometrische Verbindungen zwischen Polymermembran (Druckmembran) und Polymersubstrat (Deckelelement, Fluidaufnahmeelement) möglich, um die Vorzugsrichtung der Membran 125 bzw. 200 sowie ihre Auslenkung zu begünstigen. Die benötigten Polymersubstrate (Ausgangsmaterial) und die benötigten Strukturen wie die Öffnungselemente 148 in den Polymersubstraten 105, 110 oder 700 können beispielsweise durch Fräsen, Spritzguss, Heißprägen oder Laserstrukturierung erzeugt werden. Die Durchbrüche 130 der Polymermembran bzw. des Deckelelementes 105 können durch Stanzen oder Laserstrukturierung erzeugt werden.
In Bezug auf die Geometrie der Schneideelemente (Anschläge, Spitzen oder Hohlnadeln) der Öffnungselemente lässt sich folgendes anmerken.
In den Ausführungsbeispielen gemäß den 1A bis 5C können die Schneidelemente im einfachsten Fall über die Geometrie einer konzentrischen Spitze verfügen (siehe beispielsweise 8A in einer Querschnittsdarstellung und 9A in einer Draufsichtdarstellung). Hier sind weitere Geometrien für die Schneidelemente 155 bzw. 155' möglich, beispielsweise pyramidenförmige Spitzen verfügen (siehe beispielsweise 8B in einer Querschnittsdarstellung und 9B in einer Draufsichtdarstellung). In einer weiteren Ausführungsform können die Schneidelemente 155 bzw. 155' die Form einer einfachen Schneide besitzen. Diese Schneide kann zudem bogenförmig ausgeführt sein, z. B. die Rundungen der Kavität 115 als Rand 500 abbilden, um die Barrierefolie 125 über einen größeren Bereich reproduzierbar zu durchbrechen verfügen (siehe beispielsweise 8C in einer Querschnittsdarstellung und 9C in einer Draufsichtdarstellung).
In Bezug auf die Ausführungsbeispiele aus der 6A bis 7C ist anzumerken, dass neben Anschlägen oder Spitzen als Form für die Schneidelemente 155 auch Hohlnadeln sinnvoll einsetzbar sind. Diese Hohlnadeln besitzen eine konzentrische Form mit einem inneren Kanal als mikrofluidischer Pfad (siehe beispielsweise 8D in einer Querschnittsdarstellung und 9d in einer Draufsichtdarstellung). Die Hohlnadeln sollten vergleichsweise spitz an ihren Kanten ausgeführt sein, um die Barrierefolie 125 bei Belastung reproduzierbar aufzubrechen wie dies besonders günstig in dem Ausführungsbeispiel gemäß den 7A bis 7C einsetzbar ist. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können die Hohlnadeln halbkreisförmig ausgelegt werde, wie dies in dem Ausführungsbeispiel gemäß den 6A bis 6C besonders vorteilhaft einsetzbar ist. Diese Form von Hohlnadeln erlaubt es, dass der hier vorgestellte Ansatz ferner Spritzguss-geeignet bleibt, da keine Hinterschnitte im Kanal 750 wie im Ausführungsbeispiel gemäß den 6A bis 6C erzeugt werden.
10 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des hier vorgestellten Ansatzes als Verfahren 1000 zum Herstellen einer Bevorratungseinheit gemäß einem hier vorgestellten Ausführungsbeispiel, wobei für das Verfahren Komponente der Gehäuseeinheit bereitgestellt werden, wobei zumindest eine Komponente der Gehäuseeinheit die Kavität und das Öffnungselement und eine Komponente der Gehäuseeinheit die Einlassöffnung aufweist. Das Verfahren 1000 umfasst einen Schritt des Einfüllens 1010 des Fluids in die Kavität der Komponente der Gehäuseeinheit und einen Schritt 1020 des fluiddichten Verschließens der Kavität in der Komponente der Gehäuseeinheit mit der Verschlussmembran. Schließlich umfasst das Verfahren einen Schritt 1030 des Zusammenfügens der Komponenten der Gehäuseeinheit, um die Bevorratungseinheit herzustellen.
11 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des hier vorgestellten Ansatzes als Verfahren 1100 zum Freisetzen eines in einer Bevorratungseinheit gemäß einem hier vorgestellten Ausführungsbeispiel gelagerten Fluids, wobei das Verfahren 1100 den folgenden Schritt 1110 des Einleitens eines Förderfluids in die Einlassöffnung aufweist, um die Verschlussmembran durch pneumatischen und/oder hydraulischen Druck an das Öffnungselement zu drücken und hierdurch die Verschlussmembran zu öffnen, um das Fluid in der Kavität freizusetzen.
12 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des hier vorgestellten Ansatzes als Vorrichtung 1200 zum Herstellen einer Bevorratungseinheit gemäß einem hier vorgestellten Ausführungsbeispiel, wobei für das Herstellen Komponente der Gehäuseeinheit bereitgestellt werden, wobei zumindest eine Komponente der Gehäuseeinheit die Kavität und das Öffnungselement und eine Komponente der Gehäuseeinheit die Einlassöffnung aufweist. Die Vorrichtung 1200 umfasst eine Einheit 1210 zum Einfüllen des Fluids in die Kavität der Komponente der Gehäuseeinheit und eine Einheit 1220 zum fluiddichten Verschließen der Kavität in der Komponente der Gehäuseeinheit mit der Verschlussmembran. Schließlich die Vorrichtung 1200 eine Einheit 1030 zum Zusammenfügen der Komponenten der Gehäuseeinheit, um die Bevorratungseinheit herzustellen.
11 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des hier vorgestellten Ansatzes als Vorrichtung 1100 zum Freisetzen eines in einer Bevorratungseinheit gemäß einem hier vorgestellten Ausführungsbeispiel gelagerten Fluids, wobei die Vorrichtung 1300 eine Einheit 1310 zum Einleiten eines Förderfluids in die Einlassöffnung aufweist, um die Verschlussmembran durch pneumatischen und/oder hydraulischen Druck an das Öffnungselement zu drücken und hierdurch die Verschlussmembran zu öffnen, um das Fluid in der Kavität freizusetzen.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder”-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1896180 B1 [0003]

Claims

Bevorratungseinheit (100) zum Bevorraten von einem Fluid (120), wobei die Bevorratungseinheit (100) die folgenden Merkmale aufweist: – eine Gehäuseeinheit (107), die eine Kavität (115) zum Aufnehmen des Fluids (120) aufweist; – eine Verschlussmembran (125), die ausgebildet und/oder angeordnet ist, um ein Fluid (120) in der Kavität (115) fluiddicht in der Kavität (115) einzuschließen; – eine Einlassöffnung (130) in einer Wand der Gehäuseeinheit (107) zum Einleiten eines Förderfluids (135) und Ausüben eines pneumatischen und/oder hydraulischen Drucks durch das Förderfluid (135) auf die Verschlussmembran (125), wobei die Verschlussmembran (125) die Einlassöffnung (130) fluidisch von der Kavität (115) trennt; und – ein Öffnungselement (148) zum Öffnen der Verschlussmembran (125) bei Beaufschlagung der Verschlussmembran (125) mit dem pneumatischen und/oder hydraulischen Druck, wobei das Öffnungselement (148) auf einer der Einlassöffnung (130) gegenüberliegenden Seite der Verschlussmembran (125) angeordnet ist.
Bevorratungseinheit (100) gemäß Anspruch 1, bei dem dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnungselement (148) eine in Richtung der Verschlussmembran (125) sich verjüngende Struktur (155) aufweist, insbesondere wobei das Öffnungselement (148) an einem der Verschlussmembran (125) gegenüberliegenden Seite ein Schneideelement (155) zum Trennen der Verschlussmembran (125) aufweist.
Bevorratungseinheit (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnungselement (148) als Hohnadel (155) ausgebildet ist, insbesondere um bei einem Einsatz der Bevorratungseinheit (100) bei einem Öffnen der Verschlussmembran (125) einen Kontakt des Förderfluids (135) mit einem in der Kavität (115) gelagerten Fluid (120) zu ermöglichen.
Bevorratungseinheit (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnungselement (148) sich von einem im Wesentlichen ebenen Bodenbereich (160) in Richtung der Verschlussmembran (125) hin erstreckt.
Bevorratungseinheit (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnungselement (148) einem Rand (500) der Kavität (115) bildet.
Bevorratungseinheit (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseeinheit (107) eine Fluidaufnahmeteileinheit (110) und eine Deckeleinheit (105) aufweist, wobei die Fluidaufnahmeeinheit (110) die mit der Verschlussmembran (125) verschließbare und/oder verschlossene Kavität (115) umfasst und wobei die Deckeleinheit (105) die Einlassöffnung (130) aufweist.
Bevorratungseinheit (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet, durch eine Druckmembran (200), die zwischen der Einlassöffnung (130) und der Verschlussmembran (125) angeordnet ist, und die gegenüber der Verschlussmembran (125) reißfester ausgestaltet ist, insbesondere wobei die Druckmembran (200) ausgebildet ist, um einem pneumatischen und/oder hydraulischen Druck durch das über die Einlassöffnung (130) zuzuführende Förderfluid (135) standzuhalten.
Bevorratungseinheit (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmembran (200) an einem Befestigungsabschnitt (300) an der Gehäuseeinheit (107) befestigt ist, wobei zumindest zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Befestigungsabschnitts (300) angeordnete Teilabschnitte (310) der Druckmembran (200) bei einem Einströmen des Förderfluids (135) durch die Einlassöffnung (130) in Richtung der Verschlussmembran (125) beweglich sind.
Bevorratungseinheit (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet, durch eine Auslassöffnung zum Freigeben des in der Kavität (115) speicherbaren oder gespeicherten Fluids (120), wobei die Auslassöffnung (145) in einem Bereich einer Befestigung der Verschlussmembran (125) an einem Teil der Gehäuseeinheit (107) vorgesehen ist.
Verfahren (1000) zum Herstellen einer Bevorratungseinheit (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei für das Verfahren (1000) Komponente der Gehäuseeinheit (107) bereitgestellt werden, wobei zumindest eine Komponente (110) der Gehäuseeinheit (107) die Kavität (115) und das Öffnungselement (148) und eine Komponente (105) der Gehäuseeinheit (107) die Einlassöffnung (130) aufweist, wobei das Verfahren (1000) die folgenden Schritte aufweist: – Einfüllen (1010) des Fluids (120) in die Kavität (115) der Komponente der Gehäuseeinheit (107); – Fluiddichtes (1020) Verschließen der Kavität (115) in der Komponente der Gehäuseeinheit (107) mit der Verschlussmembran (125); und – Zusammenfügen (1030) der Komponenten (105, 110) der Gehäuseeinheit (107), um die Bevorratungseinheit (100) herzustellen.
Verfahren (1100) zum Freisetzen eines in einer Bevorratungseinheit (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche gelagerten Fluids (120), wobei das Verfahren (1100) den folgenden Schritt aufweist: – Einleiten (1110) eines Förderfluids (135) in die Einlassöffnung (130), um die Verschlussmembran (125) durch pneumatischen und/oder hydraulischen Druck an das Öffnungselement (148) zu drücken und hierdurch die Verschlussmembran (125) zu öffnen, um das Fluid (120) in der Kavität (115) freizusetzen.
Verfahren gemäß Anspruch 11, gekennzeichnet, durch einen Schritt des Absaugens des Fluids durch einen Auslasskanal (145) der Bevorratungseinheit (100).
Vorrichtung (1200; 1300), die Einrichtungen (1210, 1220, 1230; 1310) aufweist, die ausgebildet sind, das Verfahren (1200, 1300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen, anzusteuern und/oder umzusetzen.
Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, das Verfahren (1200, 1300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen, umzusetzen und/oder anzusteuern.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 14 gespeichert ist.