DE102015226417A1

DE102015226417A1 - Mikrofluidische Vorrichtung, Verfahren zum Herstellen und Verfahren zum Betreiben einer mikrofluidischen Vorrichtung

Info

Publication number: DE102015226417A1
Application number: DE102015226417.3A
Authority: DE
Inventors: Jochen Rupp; Christian Dorrer; Thomas Brettschneider; Karsten Seidl; Daniel Czurratis
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-12-22
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2017-06-22
Also published as: CN108472648B; EP3393661B1; WO2017108387A1; ES2766528T3; CN108472648A; KR20180093254A; US20210162403A1; US11065621B2; EP3393661A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mikrofluidische Vorrichtung (100). Die Vorrichtung (100) umfasst ein Kammersubstrat (105) mit einer Fluidkammer (110) zum Aufnehmen eines Fluids, ein Deckelsubstrat (115) mit einer Stempelöffnung (125), wobei die Stempelöffnung (125) gegenüberliegend zu einer Fluidkammeröffnung (130) der Fluidkammer (110) angeordnet ist, eine flexible Membran (135), die zwischen dem Kammersubstrat (105) und dem Deckelsubstrat (115) angeordnet ist und die Stempelöffnung (125) und die Fluidkammeröffnung (130) überspannt, sowie eine Stempeleinheit (120), die dazu ausgebildet ist, um durch die Stempelöffnung (125) in die Fluidkammer (110) einzufahren, um die Membran (135) in die Fluidkammer (110) auszulenken, um ein Ausströmen des Fluids aus der Fluidkammer (110) zu ermöglichen, wenn das Fluid in der Fluidkammer (110) aufgenommen ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
In mikrofluidischen Vorrichtungen werden Flüssigkeiten auf einem Chip bereitgestellt oder transportiert. 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 kreditkartengroßen Kunststoffsubstrat (LOC-Kartusche) untergebracht wird und komplexe biologische, diagnostische, chemische oder physikalische Prozesse miniaturisiert ablaufen können. Viele LoC-Systeme benötigen eine Auswahl an Fluiden wie Flüssigreagenzien, wie z. B. salzhaltige Lösungen, ethanolhaltige Lösungen, wässrige Lösungen, Detergenzien oder Trockenreagenzien, wie Lyophilisate, Salze usw., die für verschiedenste diagnostische Applikationen erforderlich sind. Diese Reagenzien können zum einen manuell auf die LOC-Kartusche pipettiert oder bereits auf der Kartusche vorgelagert werden. Letzteres bringt Vorteile hinsichtlich Automatisierbarkeit, Kontaminationsrisiken, Bedienerfreundlichkeit und Transportfähigkeit von LOC-Systemen mit sich.
Die WO 2014/090610 A1 beschreibt ein Konzept, in dem Flüssigkeiten in Schlauchbeuteln, sogenannten Stickpacks, gelagert werden. Die Stickpacks werden in das LOC-System integriert, indem sie druckgetrieben über eine Auslenkung einer flexiblen Membran geöffnet und entleert werden können.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine mikrofluidische Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen und ein Verfahren zum Betreiben einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen mikrofluidischen Vorrichtung möglich.
Ein Vorteil der beschriebenen mikrofluidischen Vorrichtung besteht darin, dass Flüssigkeiten, wie Reagenzien und feuchteempfindliche Trockenreagenzien für LOC-Anwendungen langzeitstabil gelagert und bei Bedarf über ein mechanisches Element, wie beispielsweise einen Stempel, eine Stempeleinheit, oder einen Stößel bereitgestellt werden können.
Es wird eine mikrofluidische Vorrichtung mit folgenden Merkmalen vorgestellt:
einem Kammersubstrat mit einer Fluidkammer zum Aufnehmen eines Fluids;
einem Deckelsubstrat mit einer Stempelöffnung, wobei die Stempelöffnung gegenüberliegend zu einer Fluidkammeröffnung der Fluidkammer angeordnet ist;
einer flexiblen Membran, die zwischen dem Kammersubstrat und dem Deckelsubstrat angeordnet ist und die Stempelöffnung und die Fluidkammeröffnung überspannt;; und
einer Stempeleinheit, die dazu ausgebildet ist, um durch die Stempelöffnung in die Fluidkammer einzufahren, um die Membran in die Fluidkammer auszulenken, um ein Ausströmen des Fluid aus der Fluidkammer zu ermöglichen, wenn das Fluid in der Fluidkammer aufgenommen ist.
Bei dem Kammer- und dem Deckelsubstrat kann es sich um ein polymeres Substrat aus Kunststoffen mit hohen Barriereeigenschaften handeln. Die Membran ist dazu ausgebildet, um bei einem Druck auf die Membran ausgelenkt zu werden. Die Membran ist gemäß einer Ausführungsform in hohem Maße flexibel und reißfest ausgeformt. Gemäß einer Ausführungsform ist die Membran ausgebildet, um sich bei einer Rücknahme des Drucks in ihre ursprüngliche Position zurückzuziehen. Insbesondere bei einer großen Auslenkung der Membran kann es auch zu einer plastischen Verformung kommen, die jedoch nicht unbedingt der Funktion im Wege steht.
Eine vorgestellte mechanische Stempeleinheit der mikrofluidischen Vorrichtung ermöglicht eine zuverlässige Reagenzienfreigabe. Da gefahrlos eine hohe Kraft auf die beispielsweise ein Fluid enthaltende Fluidkammer aufgebracht werden kann, kann das Fluid beispielsweise in einem Blister oder hinter einer Barrierefolie mit einem besonders starken Schichtaufbau bevorratet werden, was eine sichere und langzeitstabile Lagerung des Fluids ermöglicht. Die vorgestellte Membran bietet den Vorteil, dass die Stempeleinheit stets von dem Fluid getrennt bleiben kann und somit aufgrund der hygienischen Anwendungsmöglichkeit wiederverwendbar ist. Dies kann einen Kostenvorteil schaffen. Die Fluidkammer kann beispielsweise ein Volumen kleiner als 30ml, 20ml, 10ml, 5ml, 1ml oder kleiner als 0,1ml aufweisen. Zudem bietet eine mechanisch verfahrbare Stempeleinheit den Vorteil, dass die Freigabe der Reagenzien nicht zwingend schwerkraftgetrieben sein muss. Die Stempeleinheit kann das Reagenzvolumen über die Membran in andere Kammern bzw. Kanäle verdrängen, wobei der gesamte Aufbau beliebig ausgerichtet sein kann, beispielsweise unter 0° Neigung, aber auch unter beispielsweise 30°, 45° oder 60° Neigung. Dies bietet Vorteile im Handling und bei der Prozessierung der LOC Kartusche.
Das Fluid kann in der Fluidkammer aufgenommen sein und durch eine die Fluidkammer verschließende Barrierefolie in der Fluidkammer gehalten werden. Dabei kann die Barrierefolie dazu ausgeformt sein, um durch die Stempeleinheit geöffnet zu werden, um beispielsweise einen Kanal oder eine Umlagerungskammer fluidisch mit der Fluidkammer zu verbinden. Durch eine solche Barrierefolie kann das Fluid, wie beispielsweise ein Reagenz, sicher in der Fluidkammer vorgelagert werden und erst bei Bedarf durch das Einführen der Stempeleinheit in die Barrierefolie gezielt freigesetzt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Fluid in einem Einlegebehälter angeordnet sein, der von der Fluidkammer aufgenommen ist, wobei die Barrierefolie den Einlegebehälter verschließt. Ein derartiger Einleger hat den Vorteil, dass ein direktes Befüllen der Fluidkammer vermieden werden kann und somit eine Fertigung vereinfacht, eine Benutzung vereinfacht sowie eine Fehlbedienung und die Gefahr von Kontaminationen ausgeschlossen werden kann. Gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen kann der Einlegebehälter flexibel oder plastisch ausgeformt sein.
Der Einleger kann so ausgeformt sein, dass er passgenau in die Fluidkammer aufnehmbar ist, das Material des Einlegers kann dabei eine höhere Barriereeigenschaft bezüglich des Fluids aufweisen als das Kammersubstrat. Somit können unterschiedliche Fluide mit unterschiedlichen Anforderungen an eine langzeitstabile Vorlagerung in eigens für die Anforderungen der Fluide ausgeformten Einlegern sicher in der Vorrichtung gelagert werden. Eine Materialauswahl des Kammersubstrats kann somit unabhängig von für Fluide geeigneten Vorlagerungsmaterialien erfolgen.
Das Fluid kann auch in einem Blister angeordnet sein, der von der Fluidkammer aufgenommen ist, wobei der Blister ein Volumen der Fluidkammer im Wesentlichen ausfüllt, wobei der Blister dazu ausgeformt ist, um durch die Stempeleinheit geöffnet zu werden. Ein Blister kann beispielsweise aus einer oder mehreren Siegelfolien, deren Kanten durch dichte Siegelnahten verbunden sein können, ausgeformt sein und eine kostengünstige Alternative für einen Einleger darstellen. Ein Blister aus einem elastischen Material kann beispielsweise einfach in Fluidkammern mit unterschiedlichen Ausformungen aufgenommen, beispielsweise eingeklebt, werden.
Von Vorteil ist es, wenn ein Durchmesser der Stempelöffnung gemäß einer Ausführungsform größer ist, als die Hälfte des Durchmessers der Fluidkammeröffnung. Der Durchmesser der Stempelöffnung kann vorteilhafterweise einen Durchmesser aufweisen, der dem dem Durchmesser der Fluidkammeröffnung entspricht. Somit kann das Volumen der Fluidkammer nahezu vollständig verdrängen kann. Eine Stempelspitze der Stempeleinheit kann dabei vorteilhaft so ausgeformt sein, dass das Fluid in der Fluidkammer in Richtung eines Kanals verdrängt wird.
Die Stempeleinheit kann in weiteren vorteilhaften Ausführungsformen Geometrien an der Stirnfläche annehmen, die eine Rissbildung der Barrierefolie in Richtung der Umlagerungskammer begünstigen ohne die flexible Membran zu beschädigen. Besonders vorteilhaft sind hierbei Stempelgeometrien, die Überhöhungen an der Stirnseite der Stempeleinheit aufweisen, um durch lokale Spannungsspitzen den Beginn der Rissbildung der Barrierefolie exakt in diesem Bereich zu begünstigen. Bei weiterem Eintauchen der Stempeleinheit setzt sich die Rissbildung fort und die Verdrängung der Reagenzien bekommt eine entsprechende Vorzugsrichtung. Dies ermöglicht eine kontrollierte Verdrängung der Reagenzien in die Umlagerungskammer.
Eine einfache Methode ist, den Stempel mit einer definierten Vorschubgeschwindigkeit (typischerweise 1 mm/min bis 50 mm/min) verfahren zulassen, bis die Stirnseite der Stempeleinheit auf den Boden der Fluidkammer stößt. Des Weiteren erweist es sich als vorteilhaft, das Verfahren der Stempel stufenförmig zu gestalten. Die Stempeleinheit verfährt im ersten Schritt bis zum ersten Anriss der Barrierefolie. Im zweiten Schritt fährt die Stempeleinheit wenige Millimeter zurück, um ein Austreten der Reagenz durch die entstandenen Risse zu ermöglichen. Im dritten Schritt verfährt die Stempeleinheit bis zum Boden der Fluidkammer für eine vollständige Verdrängung der Flüssigkeit in die Umlagerungskammer. Hier sind beliebig weitere Variationen der Vorschubgeschwindigkeit sowie der Abfolge der Verfahrrichtung der Stempeleinheit denkbar, um eine optimale und effiziente Reagenzienfreigabe in die Umlagerungskammer zu ermöglichen.
Die Vorrichtung kann einen Kanal aufweisen, der auf einer dem Kammersubstrat zugewandten Seite der Membran verläuft und fluidisch mit der Fluidkammer verbunden ist. Der Kanal kann in die Fluidkammer münden. An einem der Fluidkammer entgegengesetzten Ende des Kanals kann eine Umlagerungskammer zum sicheren Auffangen des Fluids angeordnet sein. In der Umlagerungskammer kann beispielsweise auch ein weiteres Fluid vorgelagert sein, das zur Vermischung mit dem Fluid nach der Freisetzung des Fluids bestimmt sein kann. Alternativ kann eine solche Umlagerungskammer auch direkt in die Fluidkammer münden.
Der Durchmesser der Stempelöffnung kann kleiner sein als die Hälfte des Durchmessers der Fluidkammeröffnung. Dabei kann die Stempelöffnung benachbart zu dem Kanal angeordnet sein. Eine verhältnismäßig kleine Stempelöffnung kann eine entsprechend kleine Stempeleinheit aufnehmen, die wiederum Platz für beispielsweise eine weitere Stempelöffnung und/oder für eine Entlüftungsöffnung aufseiten der Fluidkammeröffnung verfügbar machen kann. Vorteilhafterweise kann der Kanal bei einem bestimmten Neigungswinkel der Vorrichtung so angeordnet sein, dass das Fluid in eine schwerkraftgerichtete Richtung abfließen oder abgesaugt werden kann. Wenn die Stempelöffnung wie vorgestellt benachbart zu dem Kanal angeordnet ist, kann die Entlüftungsöffnung beispielsweise über der Stempelöffnung angeordnet werden, von wo beispielsweise ein Einströmen von Umgebungsluft durch die Entlüftungsöffnung das Abfließen des Fluids begünstigen kann.
Der Kanal kann einen Kanalfortsatz und das Deckelsubstrat eine Entlüftungsöffnung aufweisen, die in den Kanalfortsatz mündet, wobei die Stempelöffnung zwischen der Entlüftungsöffnung und dem Kanal angeordnet sein kann, wobei die Membran die Entlüftungsöffnung nicht überspannt.
Eine vorgestellte Entlüftungsöffnung über dem Kanal mit Verbindung zum Kanal kann beispielsweise durch eine entstandene Verbindung zur Umgebungsluft ein Abfließen des Fluids durch den Kanal begünstigen.
Das Deckelsubstrat kann eine Entlüftungsöffnung aufweisen, die in die Fluidkammer mündet, wobei die Stempelöffnung zwischen der Entlüftungsöffnung und dem Kanal angeordnet sein kann, wobei die Membran die Entlüftungsöffnung überspannen kann. Die Vorrichtung kann zudem eine weitere Stempeleinheit aufweisen, die dazu ausgebildet ist, um durch die Entlüftungsöffnung in die Fluidkammer einzufahren, um die Membran in die Fluidkammer auszulenken, um ein Einströmen eines weiteren Fluids in die Fluidkammer zu ermöglichen.
Ein vorgestellter Ansatz ermöglicht das Öffnen einer beispielsweise durch die Barrierefolie verschlossenen Fluidkammer und/oder das Öffnen eines in der Fluidkammer angeordneten Blisters an zwei unterschiedlichen Stellen. Der Ansatz stellt außerdem die Grundvoraussetzung für einen möglicherweise zusätzlichen Luftkanal mit Verbindung zur Entlüftungsöffnung und zur Fluidkammer, der ein Einströmen eines weiteren Fluids in die Fluidkammer ermöglichen kann.
Vorteilhaft ist es, wenn gemäß einer Ausführungsform zwischen dem Kammersubstrat und der Membran ein Zwischensubstrat angeordnet ist, das eine die Stempelöffnung fortsetzende weitere Stempelöffnung und eine die Entlüftungsöffnung fortsetzende weitere Entlüftungsöffnung aufweist und dazu ausgeformt ist, um einen quer zur Entlüftungsöffnung verlaufenden und in die weitere Entlüftungsöffnung mündenden Luftkanal zu erzeugen.
Der Luftkanal kann sich in eine dem Kanal abgewandte Richtung erstrecken. Ein vorgestellter Luftkanal kann einen entstehenden Unterdruck in der Fluidkammer nach dem Stempelvorgang und während des Abfließens des Fluids durch ein Einströmen von beispielsweise Umgebungsluft durch den Luftkanal in die Fluidkammer ausgleichen und so das Abfließen des Fluids durch den Kanal begünstigen. Zudem verhindert das Zwischensubstrat, dass beim aktiven Ansaugen des freigegebenen Fluids ein Luftpfad zur Entlüftung entsteht. Sonst besteht die Gefahr, dass nur Luft anstatt Flüssigkeit angesaugt wird.
Der Kanal kann zwischen der Membran und dem Zwischensubstrat verlaufen und in die Stempelöffnung münden. Dieser Ansatz ermöglicht eine günstige Anordnung des Kanals, wenn ein Zwischensubstrat in der Vorrichtung angeordnet ist.
Ein Durchmesser der Fluidkammeröffnung kann der Stempelöffnung entsprechen, wobei die Fluidkammer eine zweite Stempelöffnung aufweisen kann, die einem Durchmesser der weiteren Entlüftungsöffnung entspricht. Das Kammersubstrat kann sich so mit Ausnahme im Bereich der Fluidkammeröffnung und im Bereich der zweiten Fluidkammeröffnung über eine Fluidkammeröffnungsseite an der die Fluidkammeröffnung und die zweite Fluidkammeröffnung angeordnet sind, erstrecken. Das Kammersubstrat kann so stabiler ausgeformt sein. Eine möglicherweise angeordnete Barrierefolie zum Verschließen der Fluidkammer kann gemäß dieser Ausführungsform entlang einer der Fluidkammeröffnungsseite zugewandten Innenseite der Fluidkammer beispielsweise angeklebt sein und/oder zwischen dem Kammersubstrat und dem Zwischensubstrat angeordnet sein. Wenn die Barrierefolie zwischen dem Kammersubstrat und dem Zwischensubstrat angeordnet ist, kann die Barrierefolie die Fluidkammeröffnung und die zweite Fluidkammeröffnung sowie die weitere Entlüftungsöffnung und die weitere Stempelöffnung des Zwischensubstrats überspannen.
Ein der Fluidkammeröffnung gegenüberliegender Fluidkammerboden kann durch eine weitere Barrierefolie ausgeformt sein. Durch die zuvor beschriebene erhöhte Stabilität des Kammersubstrats auf der Fluidkammeröffnungsseite kann der gegenüberliegende Fluidkammerboden des Kammersubstrats lediglich durch die weitere Barrierefolie ausgeformt werden. Das Kammersubstrat kann so beispielsweise zuvor vonseiten des Fluidkammerbodens befüllt und anschließend durch die weitere Barrierefolie verschlossen werden. Außerdem kann während des Stempelvorgangs durch die zumindest leicht flexible weitere Barrierefolie ein durch das Einfahren der Stempeleinheiten entstehender Innendruck in der Fluidkammer durch ein leichtes Bewegen der weiteren Barrierefolie in Richtung der Stempelbewegung, ausgeglichen werden. Bei dieser weiteren vorteilhaften Ausführungsform mit zusätzlicher Barrierefolie ist die Entstehung eines Luftpfads beim aktiven Ansaugen des Fluids gänzlich ausgeschlossen, da der Boden der Fluidikkammer vollflächig mit dem Zwischensubstrat verbunden ist.
Ein Verfahren zum Herstellen einer mikrofluidischen Vorrichtung umfasst die folgenden Schritte:
Bereitstellen eines Kammersubstrats mit einer Fluidkammer zum Aufnehmen eines Fluids,
Bereitstellen eines Deckelsubstrats mit einer gegenüberliegend zu einer Fluidkammeröffnung der Fluidkammer angeordneten Stempelöffnung;
Anordnen einer flexiblen Membran zwischen dem Kammersubstrat und dem Deckelsubstrat, wobei die Membran die Stempelöffnung und die Fluidkammer überspannt;
Optional, Erzeugen eines Kanals auf einer dem Kammersubstrat zugewandten Seite der Membran, wobei der Kanal fluidisch mit der Fluidkammer verbunden ist; und
Bereitstellen einer Stempeleinheit, die dazu ausgebildet ist, um durch die Stempelöffnung in die Fluidkammer einzufahren, um die Membran in die Fluidkammer auszulenken, um ein Ausströmen des Fluids aus der Fluidkammer zu ermöglichen, wenn das Fluid in der Fluidkammer aufgenommen ist.
Ein Verfahren zum Betreiben einer genannten mikrofluidischen Vorrichtung umfasst den folgenden Schritt:
Einfahren der Stempeleinheit durch die Stempelöffnung in die Fluidkammer, um die Membran in die Fluidkammer auszulenken, um ein Ausströmen des Fluids aus der Fluidkammer zu ermöglichen, wenn das Fluid in der Fluidkammer aufgenommen ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine Querschnittdarstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3 eine Querschnittdarstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
4 eine Querschnittdarstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
5 eine Querschnittdarstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung mit Einlegebehälter gemäß einem Ausführungsbeispiel;
6 eine perspektivische Darstellung eines Kammersubstrats mit einer Mehrzahl von Fluidkammern gemäß einem Ausführungsbeispiel;
7 eine Querschnittdarstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung mit einer Entlüftungsöffnung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
8 eine Querschnittdarstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung mit einer Entlüftungsöffnung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
9 eine Querschnittdarstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung mit einem Zwischensubstrat und einer weiteren Stempeleinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
10 eine Querschnittdarstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung mit einem Zwischensubstrat und einer weiteren Stempeleinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
11 eine Querschnittdarstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung mit einer weiteren Barrierefolie gemäß einem Ausführungsbeispiel;
12 eine Querschnittdarstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung mit einer weiteren Barrierefolie gemäß einem Ausführungsbeispiel;
13 eine Querschnittdarstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung mit einer weiteren Barrierefolie gemäß einem Ausführungsbeispiel;
14 eine Querschnittdarstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung mit einer weiteren Barrierefolie gemäß einem Ausführungsbeispiel;
15 eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung mit einer Mehrzahl von Fluidkammern gemäß einem Ausführungsbeispiel;
16 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
17 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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.
1 zeigt einen schematischen Querschnitt einer mikrofluidischen Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 100 umfasst ein Kammersubstrat 105 mit einer Fluidkammer 110 und ein benachbart zu dem Kammersubstrat 105 angeordnetes Deckelsubstrat 115. Das Deckelsubstrat 115 ist zwischen dem Kammersubstrat 105 und einer Stempeleinheit 120 angeordnet. Das Deckelsubstrat 115 weist eine Stempelöffnung 125 und die Fluidkammer 110 eine Fluidkammeröffnung 130 auf. Zwischen dem Kammersubstrat 105 und dem Deckelsubstrat 115 ist eine flexible Membran 135 angeordnet, die die Fluidkammeröffnung 130 und die benachbart angeordnete Stempelöffnung 125 überspannt. Auf einer dem Kammersubstrat 105 zugewandten Seite der Membran 135 verläuft optional ein Kanal 140, der fluidisch mit der Fluidkammer 110 verbunden ist.
In einer Variante verläuft der Kanal 140 auf einer der Membran 135 zugewandten Seite des Deckelsubstrats 115. Der Kanal ist dann über ein Durchloch in der Membran 135 fluidisch mit der Fluidkammer 110 verbunden. Der Durchmesser der Stempelöffnung 125 ist in dieser Variante vorteilhafterweise kleiner als der Durchmesser der Fluidkammeröffnung 130, so dass der Kanal 140 im Deckelsubstrat 115 bis zu einer der Fluidkammeröffnung 130 gegenüberliegenden Position geführt werden kann.
Die Stempeleinheit 120 ist dazu ausgeformt, um durch das Deckelsubstrat 115 in die Fluidkammer 110 einzufahren. Die Stempeleinheit 120 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel an einer dem Deckelsubstrat 115 zugewandten Seite eine abgerundete Stempelspitze auf, die einer Innengeometrie der Fluidkammer 110 entspricht. Wenn die Stempeleinheit 120 in die Fluidkammer einfährt, wird die Membran 135 von der abgerundeten Stempelspitze der Stempeleinheit 120 in die Fluidkammer 110 ausgelenkt. Wenn die Stempeleinheit 120 aus der Fluidkammer zurückfährt, nimmt die Membran 135 gemäß einem Ausführungsbeispiel ihre ursprüngliche Position, die in 1 dargestellt ist, wieder ein. Alternativ bleibt die Membran 135 nach dem Zurückfahren der Stempeleinheit 120 zumindest teilweise verformt.
Ein Fluid kann beispielsweise in einem Blister in der Fluidkammer 110 aufgenommen sein. Das Fluid kann auch direkt in die Fluidkammer eingefüllt sein, wobei die Fluidkammeröffnung 130 dann durch eine Barrierefolie verschlossen sein kann, damit das Fluid nicht in den Kanal 140 strömen kann. Das Fluid kann alternativ in einen Einlegebehälter aufgenommen sein, der in der Fluidkammer 110 aufgenommen ist, wobei der Einlegebehälter durch die Barrierefolie verschlossen sein kann.
Beispielhaft ist die mikrofluidischen Vorrichtung 100 in 1 in einer Stellung mit einer 0° Neigung gezeigt.
2 zeigt einen schematischen Querschnitt einer mikrofluidischen Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die anhand von 1 beschriebene mikrofluidische Vorrichtung 100 handeln, mit dem Unterschied, dass die Fluidkammer in 2 die Barrierefolie 200 und das in der Fluidkammer 110 angeordnete Fluid 205 aufweist. Weiterhin weist die Vorrichtung 100 eine Umlagerungskammer 210 mit einem Ventil 215 auf. Das Fluid 205 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel direkt in der Fluidkammer 110 aufgenommen, wobei die Barrierefolie 200 die Fluidkammeröffnung schließt, wodurch das Fluid 205 sicher in der Fluidkammer 110 gehalten wird. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel füllt das Fluid 205 die Fluidkammer 110 nicht vollständig aus, es kann ein weiterer Inhalt wie beispielsweise Gas oder Luft in der Fluidkammer 110 angeordnet sein. Das Fluid 205 kann gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel auch in einem Blister aufgenommen sein, der in der Fluidkammer 110 angeordnet ist.
Die Umlagerungskammer 210 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit dem Kanal 140 verbunden, wobei der Kanal 140 zwischen der Fluidkammer 110 und der Umlagerungskammer 210 angeordnet ist. Die Umlagerungskammer 210 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel unterhalb der Fluidkammer 205 angeordnet. Die Umlagerungskammer 210 weist an einer der Fluidkammer 110 abgewandten Seite das Ventil 215 auf.
Bereits beschriebene Details werden im Folgenden anhand von 2 genauer ausgeführt:
Das LOC-System 100 in Form der mikrofluidischen Vorrichtung 100 kann aus polymerbasierten Mehrschichtaufbauten in Form des Kammersubstrats 105 und des Deckelsubstrats 115 bestehen. Das Kammersubstrat 105 und das Deckelsubstrat 115 weisen polymerbasierte Substrate auf, in dem Kavitäten in Form von der Fluidkammer 205 und/oder dem Kanal 140 angeordnet sind. Eine Lagerung von Flüssigkeiten 205, im Folgenden nur noch Fluide 205 genannt, mit kleinen Volumina unter 1 ml ist in der Fluidkammer 110 des Kammersubstrats 105 nur bedingt möglich, da die meisten Kunststoffe über keine ausreichenden Barriereeigenschaften für eine langzeitstabile Lagerung verfügen (PC, PA, PS, PMMA). Zudem ist es wichtig, dass das Fluid 205, wie beispielsweise ein Reagenz, im Ausgangszustand verschlossen ist, z. B. durch normally-closed Ventile 215, und bei Bedarf (on-demand) bereitgestellt werden kann, was zusätzliche Anforderungen für Lagerungskonzepte impliziert. Um das Fluid 205 langstabil zu lagern, kann daher gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein separater Behälter wie eine Blisterverpackung oder ein Schlauchbeutel in Form des Blisters in die Fluidkammer 110 aufgenommen sein, wodurch das Kammersubstrat 105 in seiner Materialauswahl nicht eingeschränkt ist. Dies impliziert Anforderungen an den Fertigungsprozess aufgrund des Handlings und Pick-and-Place-Prozessen. Vorteilhafterweise ist das Kammersubstrat 105 aus Kunststoffen mit hohen Barriereeigenschaften, wie zum Beispiel COP, COC, PP, PE oder PET hergestellt, was eine sichere Fluid- oder Reagenzienvorlagerung in dem Kammersubstrat 105 ermöglicht. Ein Konzept, das auf solchen Kunststoffen basiert, kann zum einen direkt in das Materialsystem der Fluidkammer 110 integriert werden oder zum anderen durch einen Fügeprozess durch beispielsweise Kleben, Schweißen, oder Klemmen fluidisch mit der Fluidkammer 110 verbunden werden.
Die dargestellte Vorrichtung 100 weist gemäß einem Ausführungsbeispiel einen polymeren Schichtaufbau bestehend aus zumindest zwei Polymersubstraten, nämlich dem Kammersubstrat 105 und dem Deckelsubstrat 115 auf, welche durch die flexible Membran 135 getrennt sind. In dem Kammersubstrat 105 ist ein vorgelagertes Fluid 205 angeordnet, beispielsweise in dem Blister, in einem versiegelten spritzgegossenen Einlegebehälter oder in einem mit der oder mit mehreren der Barrierefolien 200 verschlossenen Ausbruch in Form der Fluidkammer 110 innerhalb des Kammersubstrats 105. Zur Bereitstellung des vorgelagerten Fluids 205 wird zumindest eine Stempeleinheit 120, beispielsweise ein Stößel eingesetzt, welcher durch zumindest eine Öffnung in Form der Stempelöffnung 125 in dem Deckelsubstrat 115 durch Relativbewegung in das LOC in Form der Fluidkammer 110 eindringen kann.
3 zeigt einen schematischen Querschnitt einer mikrofluidischen Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die anhand von 2 beschriebene Vorrichtung 100 handeln, mit dem Unterschied, dass gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Stempeleinheit 120 in die Stempelöffnung eingeführt und die Barrierefolie 200 durch die Stempeleinheit 120 geöffnet ist.
Hierbei ist die flexible Membran 135 durch die Stempeleinheit 120 ausgelenkt, ohne zu reißen. Bei Kontakt mit der Barrierefolie 200 wird durch die Stempeleinheit 120 eine Kraft ausgeübt, welche zum Reißen einer Siegelfolie des beispielsweise in der Fluidkammer 110 angeordneten Blisters und/oder der Barrierefolie 135 führt.
4 zeigt einen schematischen Querschnitt einer mikrofluidischen Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die anhand von 3 beschriebene Vorrichtung 100 handeln, mit dem Unterschied, dass gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Stempeleinheit 120 vollständig in die Fluidkammer 110 eingeführt ist und das Fluid 205 in die Umlagerungskammer 210 verdrängt ist.
Das Fluid 205 ist entweder in eine Bereitstellungskammer 210, zuvor als Umlagerungskammer 210 bezeichnet, verdrängt oder nach dem Rückziehen der Stempeleinheit 120 in den angeschlossenen mikrofluidischen Kanal 140 entleert.
Es ergibt sich durch den beschriebenen Ansatz der Vorteil einer zuverlässigen Bereitstellung des Fluids 205 durch die mechanisch aktuierte Stempeleinheit 120 oder den Stößel. Zudem kann auf die Einbringung von definierten Sollbruchstellen in beispielsweise der Barrierefolie durch z. B. Laserablation verzichtet werden, da durch die Stempeleinheit 120 gefahrlos sehr große Kräfte auf die Barrierefolie oder die Siegelfolie ausgeübt werden können. Es entfällt ein damit verbundener zusätzlicher Fertigungsschritt. Durch die Verwendung der mechanisch aktuierten Stempeleinheit 120 können beispielsweise Barrierefolien verwendet werden, die einen starken Schichtaufbau aufweisen und/oder sehr dick ausgeformt sind, z. B. durch PP und Metallschichten, insbesondere Aluminium, diese können trotzdem zuverlässig aufgebrochen werden. Dies begünstigt auch die langzeitstabile Lagerung des Fluids 205.
Die Stempeleinheit 120 kommt während des gesamten Freisetzvorgangs vorteilhafterweise nicht in Kontakt mit dem vorgelagerten Fluid 205. Die flexible Membran 135 ermöglicht eine vollständige Trennung vom mechanischen Aktuierungsmechanismus in Form der Stempeleinheit 120 und dem Fluid 125 in der Fluidkammer 110. Die Stempeleinheit 120 kann deshalb fest in eine Ansteuerungseinheit verbaut werden und muss nicht zusammen mit dem beispielsweise verwendeten Blister oder Einlegeteils in Form des Einlegebehälters entsorgt werden. Hierdurch bleiben sowohl Kosten für die Vorrichtung 100, als auch Kosten für eine Ansteuerungseinheit gering, da diese keine zusätzliche Mechanik benötigt, um eine an der Vorrichtung 100 untergebrachte Stempeleinheit 120 zu greifen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel basiert das Reagenzienvorlagerungskonzept auf dem Kammersubstrats 105 aus einem polymeren Substrat mit integrierter Fluidkammer 110, welche durch die Barrierefolie versiegelt ist. Das Kammersubstrat 105 kann aus Kunststoffen mit hohen Barriereeigenschaften bestehen, z. B. PP, PE, COC, COP, oder zusätzliche Beschichtungen aufweisen wie Al, Al2O3, SiO, die Anforderungen für eine langzeitstabile Lagerung von Fluiden 205 wie Flüssigreagenzien erfüllen. Das Kammersubstrat 105 ist mit der flexiblen Membran 135 und einem weiteren polymeren Substrat, dem Deckelsubstrat 115, verbunden. Als Fügeprozesse für diesen Mehrschichtaufbau sind Laserdurchstrahlschweißen, Ultraschallschweißen, Thermobonden, Kleben, Klemmen oder vergleichbare Prozesse geeignet. Das Deckelsubstrat 135 verfügt über mindestens einen Durchbruch in Form der Stempelöffnung 125. Für die Freigabe des Fluids 205 verfährt die Stempeleinheit 120 durch die Stempelöffnung 125, lenkt die flexible Membran 135 aus, ohne dass diese reißt, und bricht die Barrierefolie auf. Dabei wird das Fluid 205 über den Transferkanal in Form des Kanals 140 in die Umlagerungskammer 210 verdrängt und steht für weitere mikrofluidische Prozesse bereit. Beispielsweise kann das Fluid 205 beim Öffnen des Ventils 215 durch einen Unterdruck in einem dahinter befindlichen mikrofluidischen Netzwerk angesaugt werden. Die flexible Membran 135 ermöglicht eine vollständig fluidische Trennung zwischen der Fluidik im Kammersubstrat 105 mit allen beteiligen Fluiden 205 und der mechanischen Stempeleinheit 120. Die Stempeleinheit 120 ist dabei vorzugsweise so ausgeformt, dass sie ein möglichst großes Volumen aus der Fluidkammer 110 verdrängt, ohne an den Rändern der Fluidkammer 110 so abzudichten, dass das Fluid 205 nicht mehr in die Umlagerungskammer 210 gelangt. Dies ist am besten zu erreichen, wenn die Form der Stempeleinheit 120 dem Inversen der Fluidkammer 110 entspricht, jedoch beispielsweise einige 100 µm Toleranz an den Außenwänden aufweist.
Für die Stempeleinheit 120 sind gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel beliebige Geometrien, Abmessungen und Formen denkbar, die ein gezieltes Aufreißen der Barrierefolie und/oder der Siegelfolie und ein gerichtetes Entleeren der Fluidkammer 110 begünstigen. Beispielsweise kann die Stempeleinheit 120 eine zur Umlagerungskammer 210 gerichtete Ausnehmung vorhalten, um die Verdrängung des Fluids 205 in die Umlagerungskammer 210 zu begünstigen. Es kann damit ein Übersprechen des Fluids 205 minimiert werden.
5 zeigt einen schematischen Querschnitt einer mikrofluidischen Vorrichtung 100 mit Einlegebehälter 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die anhand von 2 beschriebene Vorrichtung 100 handeln, mit dem Unterschied, dass gemäß diesem Ausführungsbeispiel der eine Kavität 505 aufweisende Einlegebehälter 500 von der Fluidkammer 110 aufgenommen ist. Das Fluid 205 ist in der Kavität 505 des Einlegebehälters 500 angeordnet. Die Fluidkammer 110 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen rechteckig ausgeformten Querschnitt auf, um den Einlegebehälter 500 aufzunehmen, der gemäß diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Der Einlegebehälter 500 kann passgenau oder annähernd passgenau in die Fluidkammer 110 eingefügt sein. Durch den separaten Einlegebehälter kann in einer vorteilhaften und platzsparenden Ausführungsform der Kanal 140 bzw. die Wand zwischen Fluidkammer 110 und Umlagerungskammer 210 vollständig entfallen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Fluidkammer 110 und die Umlagerungskammer 210 zu einer Kammer vereinigt, oder anders ausgedrückt sind die Umlagerungskammer 210 und der auch als Einleger bezeichnete Einlegebehälter 500 nicht getrennt. Alternativ kann die Wand zwischen Fluidkammer 110 und Umlagerungskammer 210 auf eine kleine Einbuchtung reduziert sein, als ein Steg zum Halten des Einlegebehälters 500 in der Fluidkammer 110 ausgeführt sein oder eine den Kanal 140 bildende Durchgangsöffnung aufweisen.
In diesem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist der zusätzliche Einlegebehälter 500 in das Kammersubstrat 105 integriert. Der Einlegebehälter 500 verfügt idealerweise über höhere Barriereeigenschaften, als das umgebende Kammersubstrat 105. Dieser Einlegebehälter 500 enthält das Fluid 205 und ist mit der Barrierefolie 200 versiegelt. Die Freigabe des Fluids 205 erfolgt identisch, wie in den vorangegangenen Figuren beschrieben. Die Materialauswahl des Kammersubstrats 105 bleibt gemäß diesem Ausführungsbeispiel unabhängig von den Anforderungen der langzeitstabilen Reagenzienvorlagerung.
Der Einlegebehälter 500 kann geklebt, geklemmt, geschweißt oder durch andere Fügeverfahren integriert sein. Der Einlegebehälter 500 kann auch einfach in eine geeignet ausgeformte Aufnahmekammer in Form der Fluidkammer 110 in dem Kammersubstrat 105 eingelegt worden sein. Mit geeignet ausgeformt ist hier gemeint, dass die Fluidkammer 110 den Einlegebehälter 500 eng umschließt. Dies hat den Vorteil, dass das Totvolumen des Aufbaus minimiert und ein Verrutschen des Einlegebehälters 500 vermieden wird.
Der Einlegebehälter 500 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Kavität 505 zum Aufnehmen des Fluids 205 auf, kann jedoch gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel auch mehrere solcher Kavitäten 505 aufweisen, die z. B. jeweils mit verschiedenen Fluiden 205 befüllt sind. Diese Kavitäten 505 können in Form eines Balkens angeordnet sein oder auch nur an bestimmten Stellen, z. B. an der Oberseite, kammartig miteinander verbunden sein. Dies hat den Vorteil, dass in der Fluidkammer 110 Trennelemente, z. B. Wände, zwischen den verschiedenen Fluiden 205 angeordnet sein können, die ein Vermischen der Fluide 205 sicher verhindern können. Des Weiteren führt die Auslenkung der flexiblen Membran 135 durch die verfahrbare Stempeleinheit dazu, dass der fluidische Pfad an den in 6 dargestellten Verbindungsaussparungen 605 abgedichtet wird, um ein Vermischen der in separaten Fluidkammern 110 bevorrateten Fluide 205 nach deren Freisetzung sicher verhindern können.
6 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Kammersubstrats 105 mit einer Mehrzahl von Fluidkammern 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um das anhand von 5 beschriebene Kammersubstrat 105 handeln, mit dem Unterschied, dass kein Fluid in den Kavitäten 505 des Einlegebehälters 500 aufgenommen ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das Kammersubstrat 105 vier nebeneinander angeordnete Fluidkammern 110 auf. Die Anzahl der Fluidkammern 110 ist lediglich beispielhaft, sodass die auch mehr oder weniger als vier Fluidkammern 110 vorgesehen sein können. Unterhalb der Fluidkammern 110 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel vier Umlagerungskammern 210 angeordnet. Die Fluidkammern 110 weisen gemäß diesem Ausführungsbeispiel den Einlegebehälter 500 auf, wobei der Einlegebehälter 500 gemäß diesem Ausführungsbeispiel als ein vier Kavitäten 505 umfassender Einlegebehälter 500 ausgeformt ist, wobei eine der Kavitäten 505 jeweils in einer der vier Fluidkammern 110 aufgenommen ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist der Einlegebehälter 500 in einem den Umlagerungskammern 210 abgewandten Bereich zwischen den Kavitäten 505 drei Verbindungsstege 600 auf. Das Kammersubstrat 105 weist in dem Bereich entsprechend zu den Verbindungsstegen 600 drei Verbindungsaussparungen 605 zur Aufnahme der Verbindungsstege 600 auf.
7 zeigt einen Querschnitt einer mikrofluidischen Vorrichtung 100 mit einer Entlüftungsöffnung 700 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die anhand von 3 beschriebene Vorrichtung 100 handeln, mit dem Unterschied, dass die Stempelöffnung 125 kleiner als in 3 ausgeformt und im Bereich des Kanals 140 angeordnet ist, und, dass der Kanal 140 einen Kanalfortsatz 705 aufweist, der die Entlüftungsöffnung 700 aufweist. Der Kanalfortsatz 705 erstreckt sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel in eine dem Kanal 140 abgewandte Richtung, die Stempelöffnung 125 ist dabei zwischen dem Kanalfortsatz 705 und dem Kanal 140 angeordnet. Der Kanalfortsatz 705 ist zudem zwischen der Fluidkammer 110 und der Membran 135 angeordnet. Der Kanalfortsatz 705 erstreckt sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel über eine Höhe 710 der Fluidkammer 110 hinweg, wobei die Entlüftungsöffnung 700 quer zu dem Kanalfortsatz 705 in ein außerhalb der Höhe 710 angeordnetes Ende des Kanalfortsatzes 705 mündet. Die Entlüftungsöffnung 700 verläuft auf einer der Stempelöffnung 100 abgewandten Seite der Fluidkammer 110 gemäß diesem Ausführungsbeispiel parallel zu der Stempelöffnung 125.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein Blister so in das Kammersubstrat 105 eingebettet, dass zwei versiegelte Siegelbereiche 715 des Blisters auf einer dafür vorgesehenen Fläche im Kammersubstrat 105 aufliegen und beispielsweise dort verklebt sein können. Das Deckelsubstrat 115 weist die Entlüftungsöffnung 700, unter welcher die Membran 135 geöffnet ist, auf.
Die Stempelöffnung 125 ist durch die Membran 135 geschlossen. Die Stempeleinheit 120 kann durch die Stempelöffnung 125 in die Baugruppe in Form der Vorrichtung 100 eindringen und die Barrierefolie 200 sowie die den Blister umschließende Siegelfolie durchstoßen. Das Fluid 205 kann anschließend durch den Kanal 140 entleert werden. Dieses Ausführungsbeispiel hat insbesondere den Vorteil, dass auf eine zusätzliche Bereitstellungskammer in Form der Umlagerungskammer verzichtet werden kann. Somit erlaubt dieses Ausführungsbeispiel eine besonders platzsparende Möglichkeit zur Vorlagerung des Fluids 205.
8 zeigt einen Querschnitt einer mikrofluidischen Vorrichtung 100 mit einer Entlüftungsöffnung 700 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die anhand von 7 beschriebene Vorrichtung 100 handeln, mit dem Unterschied, dass die Stempeleinheit 120 gemäß diesem Ausführungsbeispiel wieder aus der Vorrichtung 100 herausgeführt ist, wodurch die Membran 135 im Bereich der Stempelöffnung 125 zurückgezogen ist und das Fluid 205 in den Kanal 140 strömt.
9 zeigt einen Querschnitt einer mikrofluidischen Vorrichtung 100 mit einem Zwischensubstrat 900 und einer weiteren Stempeleinheit 905 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die anhand von 7 beschriebene Vorrichtung 100 handeln, mit dem Unterschied, dass der Kanal 140 keinen Kanalfortsatz aufweist und die Entlüftungsöffnung 700 in einem Bereich der Höhe 710 angeordnet ist. Das Zwischensubstrat 900 ist zwischen dem Kammersubstrat 105 und dem Deckelsubstrat 115 angeordnet. Das Zwischensubstrat 900 weist eine weitere Entlüftungsöffnung 910 und eine weitere Stempelöffnung 915 auf.
Die weitere Stempelöffnung 915 setzt die Stempelöffnung 125 fort, und die weitere Entlüftungsöffnung 910 setzt die Entlüftungsöffnung 700 fort. Das Zwischensubstrat 900 ist dazu ausgeformt, um einen in den weiteren Entlüftungskanal 910 mündenden Luftkanal 920 zu bilden. Der Luftkanal 920 ist quer zu dem weiteren Entlüftungskanal 910 auf einer der Fluidkammer 110 zugewandten Seite der Membran 135 angeordnet. Der Luftkanal 920 erstreckt sich in eine der Stempelöffnung 125 abgewandte Richtung. Die weitere Stempeleinheit 905 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel durch die Entlüftungsöffnung 700 und die weitere Entlüftungsöffnung 910 in die Fluidkammer 110 eingeführt. Die weitere Stempeleinrichtung 905 öffnet gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Barrierefolie 200 und/oder die Siegelfolie des beispielsweise aufgenommenen Blisters in einem Bereich, in dem das Fluid 205 bei der in 9 gezeigten Stellung nicht angeordnet ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die zwei Siegelbereiche 715 zwischen dem Kammersubstrat 105 und dem Zwischensubstrat 900 angeordnet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein zweiter Stößel in Form der weiteren Stempeleinheit 905 eingesetzt, um eine zweite Öffnung in die Barrierefolie 200 und/oder die Siegelfolie eines Blisters zu stoßen. Da Blister herstellungsbedingt nicht vollständig befüllt sind, ist es besonders vorteilhaft, die zweite Öffnung an einer Stelle des Stickpacks, also des Blisters, vorzunehmen, hinter der sich Luft bzw. Gas befindet. Dieses Ausführungsbeispiel hat insbesondere den Vorteil, dass der Blister über den Luftkanal 920 belüftet werden kann und so eine besonders hohe Entleerungseffizienz erreicht wird.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist das Fluid 205 direkt in der Fluidkammer 110 vorgelagert, welche durch die Barrierefolie 200 versiegelt ist. Die Anordnung ist dabei so gewählt, dass die Barrierefolie 200 in den Siegelbereichen 715 flächig mit dem Kammersubstrat 105 verbunden ist. Zur Fluidfreigabe werden die zwei mechanischen Stempeleinheiten 120, 905 in die vorhergesehenen Durchbrüche in Form der Stempelöffnung 125 und der Entlüftungsöffnung 700 in dem Deckelsubstrat 115 und der weiteren Stempelöffnung 915 und der weiteren Entlüftungsöffnung 910 im Zwischensubstrat 900 verfahren und lenken die flexible Membran 135 aus. Dabei wird die Barrierefolie 200 im Bereich der weiteren Stempelöffnung 915 und der weiteren Entlüftungsöffnung 910 aufgebrochen. Werden die Stempeleinrichtungen 120, 905 wieder zurückgefahren, werden der Entlüftungspfad in Form des Luftkanals 920 und der fluidische Pfad in Form des Kanals 140 freigegeben.
Eine beispielsweise polymere Siegelschicht der Barrierefolie 200 hat insbesondere den Vorteil, dass die mechanische Verformung nach dem Zurückfahren der mechanischen Stempeleinrichtungen 120, 905 erhalten bleibt, was die blockadefreie Öffnung des Kanals 140 und des pneumatischen Luftkanals 920 sicherstellt. Besonders vorteilhaft ist es außerdem, die weitere Stempeleinheit 905 so auszuführen, dass diese vor der Stempeleinheit 120 die Barreriefolie 200 durchdringt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass ein eventuell auftretender Überdruck innerhalb der Fluidkammer 110 entweichen kann, bevor die Stempeleinheit 120 eindringt. Bei unterschiedlicher Ausführung der Stempeleinheiten 120, 905 kann weiterhin eine gleichzeitige Aktuierung erfolgen.
10 zeigt einen Querschnitt einer mikrofluidischen Vorrichtung 100 mit einem Zwischensubstrat 900 und einer weiteren Stempeleinheit 905 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die anhand von 9 beschriebene Vorrichtung 100 handeln, mit dem Unterschied, dass die Stempeleinrichtung 120 und die weitere Stempeleinrichtung 905 gemäß diesem Ausführungsbeispiel wieder aus der Vorrichtung 100 herausgeführt sind, wodurch die Membran 135 im Bereich der Stempelöffnung 125 und im Bereich der Entlüftungsöffnung 700 zurückgezogen ist, wodurch das Fluid 205 in den Kanal 140 strömt und ein weiteres Fluid aus der Umgebung der Vorrichtung 100 durch den Luftkanal 920 in die Fluidkammer 110 strömt. Diese Ausführungsform hat insbesondere den Vorteil, dass nach Aufreißen der Barrierefolie und Zurückfahren der Stempeleinheiten die Reagenz durch den Kanal 140 aktiv angesaugt werden kann, wobei gleichzeitig das Risiko der Entstehung eines Luftpfads bis hin zur Entlüftung 700 (wie in 7 und 8) auf ein Minimum reduziert wird. Durch die Entstehung eines Luftpfads zur Entlüftung 700 wäre im ungünstigsten Fall ein aktives Ansaugen der freigegeben Reagenz nicht mehr möglich.
11 zeigt einen Querschnitt einer mikrofluidischen Vorrichtung 100 mit einer weiteren Barrierefolie 1100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die anhand von 9 beschriebene Vorrichtung 100 handeln, mit dem Unterschied, dass der Fluidkammerboden durch die weitere Barrierefolie 1100 ausgeformt ist, und, dass die Fluidkammer 110 eine zweite Stempelöffnung 1105 aufweist. Die Fluidkammeröffnung 130 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen der Stempelöffnung 125 entsprechenden Durchmesser auf. Die Fluidkammeröffnung 130 ist auf einer dem Kanal 140 zugewandten Seite der Fluidkammer 110 angeordnet. Die zweite Fluidkammeröffnung 1105 weist einen der Entlüftungsöffnung 700 entsprechenden Durchmesser auf. Die zweite Fluidkammeröffnung 1105 ist fluidisch mit der weiteren Entlüftungsöffnung 910 verbunden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Fluidkammer 110 einen rechteckigen Querschnitt auf. Das Kammersubstrat 105 erstreckt sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel über die die Fluidkammeröffnung 130 und die zweite Stempelöffnung 1105 umfassende Stempelöffnungsseite hinweg. Die Barrierefolie 200 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel zwischen dem Kammersubstrat 105 und dem Zwischensubstrat 900 angeordnet, wobei die Barrierefolie 200 die Fluidkammeröffnung 130 und die zweite Stempelöffnung 1105 überspannt. Die Barrierefolie 200 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel im Bereich der Fluidkammeröffnung 130 und im Bereich der zweiten Fluidkammeröffnung 1105 durch die Stempeleinheit 120 und die weitere Stempeleinheit 905 geöffnet.
Im Folgenden werden bereits ausgeführte Details anhand von 11 genauer beschrieben:
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Kammersubstrat 105 beidseitig mit den Barrierefolien 200, 1100 versiegelt. Das beidseitig versiegelte Kammersubstrat 105 mit integriertem Fluid 205 ist über einen Fügeschritt, beispielsweise durch Kleben und/oder Schweißen und/oder Klemmen so auf den Mehrschichtaufbau der Vorrichtung 100 angebracht, dass die Stempelöffnung 125 und die Entlüftungsöffnung 700 auf einer Achse mit den Durchbrüchen in Form der Fluidkammeröffnung 130 und der zweiten Fluidkammeröffnung 1105 liegen. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass bei Fluidfreigabe die mechanischen Stempeleinheiten 120, 905 die Barrierefolie 200 definiert aufbrechen, wobei sich kein Luftpfad zwischen dem Kanal 140 und dem Luftkanal 920 ausbilden kann, da das Kammersubstrat 105 im übrigen Bereich luftdicht über eine planare Fügefläche 1100 mit dem Zwischensubstrat 900 verbunden ist.
Für die Freigabe des Fluids 205 können die mechanischen Stempeleinrichtungen 120, 905 zurückgefahren und das bereitstehende Fluid 205 beispielsweise aktiv im fluidischen Kanal 140 angezogen werden. Es ergibt sich der Vorteil, dass die weitere Barrierefolie 200 beim Eindrücken der Stempeleinrichtungen 120, 905 durch ein leichtes Auswölben den Druckanstieg innerhalb der Fluidkammer 110 begrenzt. Hierdurch wird das Risiko für Leckagen beim Öffnen verringert.
12 zeigt einen Querschnitt einer mikrofluidischen Vorrichtung 100 mit der weiteren Barrierefolie 1100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die anhand von 11 beschriebene Vorrichtung 100 handeln, mit dem Unterschied, dass die Stempeleinrichtung 120 und die weitere Stempeleinrichtung 905 gemäß diesem Ausführungsbeispiel wieder aus der Vorrichtung 100 herausgeführt sind, wodurch die Membran 135 im Bereich der Stempelöffnung 125 und im Bereich der Entlüftungsöffnung 700 zurückgezogen ist, wodurch das Fluid 205 in den Kanal 140 strömt und das weitere Fluid aus der Umgebung der Vorrichtung 100 durch den Luftkanal 920 in die Fluidkammer 110 strömt.
13 zeigt einen Querschnitt einer mikrofluidischen Vorrichtung 100 mit der weiteren Barrierefolie 1100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die anhand von 11 beschriebene Vorrichtung 100 handeln, mit dem Unterschied, dass die Barrierefolie 200 gemäß diesem Ausführungsbeispiel an einer Innenseite der Fluidkammer 110 derart angeordnet ist, dass sie die Fluidkammeröffnung 130 und die zweite Fluidkammeröffnung 1105 überspannt. Die Barrierefolie 200 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel durch die Stempeleinheit 120 und die weitere Stempeleinheit 905 geöffnet.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Barrierefolie 200 auf der Innenseite der Fluidkammer 110 versiegelt, sodass sich auch hier kein Luftpfad zwischen dem Kanal 140 und dem Luftkanal 920 ausbilden kann. Das Kammersubstrat 105 ist direkt mit dem Mehrschichtaufbau der Vorrichtung 100, also dem Zwischensubstrat 900 über die Fügefläche 1110 form- oder kraftschlüssig verbunden, z. B. durch Kleben und/oder Schweißen und/oder Klemmen. Die Barrierefolie 200 kann gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel im Kammersubstrat 105 im Bereich der Fluidkammeröffnung 130 und der zweiten Fluidkammeröffnung 1105 lokal versenkt sein.
Die benötigten Polymersubstrate, also das Ausgangsmaterial, und die benötigten Strukturen in den Polymersubstraten können beispielsweise durch Fräsen, Spritzguss, Heißprägen, Tiefziehen und/oder Laserstrukturierung erzeugt sein.
Es folgen Materialbeispiele für die einzelnen Bauteile der anhand der vorangegangenen Figuren beschriebenen Vorrichtungen 100.
Materialen für das Kammersubstrat 105 und das Deckelsubstrat 115 können Thermoplaste sein, z. B. PC, PA, PS, PP, PE, PMMA, COP, COC.
Materialen für den Einlegebehälter 500 können Thermoplaste sein, z. B. PC, PA, PS, PP, PE, PMMA, COP, COC und/oder Glas.
Materialen für die Stempeleinrichtung 120 und die weitere Stempeleinrichtung 905 können Thermoplaste, z. B. PC, PA, PS, PP, PE, PMMA, COP, COC, und/oder Metalle, wie Stahl oder Messing sowie Elastomere sein.
Beschichtungen von Reservoiren, wie beispielsweise der Fluidkammer 110, können mit Al, Al2O3, SiO2 durchgeführt werden.
Materialen für Membran 135 können Elastomer, thermoplastisches Elastomer (TPU, TPS), Thermoplaste oder Heißklebefolien sein.
Als Barrierefolie 200 und Siegelfolie können handelsübliche Polymerverbundfolien aus polymeren Siegel- und Schutzschichten eingesetzt werden, z. B. PE, PP, PA, PET und als Barriereschicht, in der Regel aufgedampftes Aluminium, aber auch andere Hochbarriereschichten wie EVOH, BOPP.
Es folgen beispielhafte Abmessungen von Elementen der Ausführungsbeispiele:
Die Dicke des Kammersubstrats 105 und des Deckelsubstrats 115 kann 0,5 bis 5 mm betragen. Die Dicke der Membran 135 kann 5 bis 300 µm betragen. Bei einem Mehrschichtaufbau der Barrierefolien 200 kann eine Dicke der Barriereschicht (i.d.R. Alu) 5 µm bis 500 µm, eine Dicke der Polymerschicht 5 µm bis 500 µm, eine Dicke der Schutzschicht 5 µm bis 500 µm und eine elastische Schicht auf der Siegelfolie 50 µm bis 2 mm betragen.
Das Volumen des Blisters kann 100 bis 10000 µl betragen.
Als Formen für die Stempeleinrichtungen 120, 905 kommen Quaderformen, Zylinderformen, kubische Formen sowie beliebige andere geeignete Formen und Geometrien infrage.
14 zeigt einen Querschnitt einer mikrofluidischen Vorrichtung 100 mit der weiteren Barrierefolie 1100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die anhand von 12 beschriebene Vorrichtung 100 handeln, mit dem Unterschied, dass die Barrierefolie 200 gemäß diesem Ausführungsbeispiel an der Innenseite der Fluidkammer 110 angeordnet ist.
15 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung 100 mit einer Mehrzahl von Fluidkammern 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um eine der anhand von 11 bis 14 beschriebenen Vorrichtungen 100 handeln. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das Kammersubstrat 105 vier benachbart zueinander angeordnete Fluidkammern 110 auf.
16 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1600 zum Herstellen einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um eine der anhand von 1 bis 5 beschriebenen Vorrichtungen handeln.
In einem Schritt des Bereitstellens 1605 wird ein Kammersubstrat mit einer Fluidkammer zum Aufnehmen eines Fluids bereitgestellt. In einem weiteren Schritt des Bereitstellens 1610 wird ein Deckelsubstrat mit einer gegenüberliegend zu einer Fluidkammeröffnung der Fluidkammer angeordneten Stempelöffnung hinzugefügt. In einem Schritt des Anordnens 1615 wird eine flexible Membran zwischen dem Kammersubstrat und dem Deckelsubstrat angeordnet, wobei die Membran die Stempelöffnung und die Fluidkammer überspannt. In einem weiteren Schritt des Erzeugens 1620 wird ein auf einer dem Kammersubstrat zugewandten Seite der Membran verlaufender Kanal erzeugt, der fluidisch mit der Fluidkammer verbunden ist. Der Schritt des Erzeugens 1620 kann zu einem geeigneten Zeitpunkt des Verfahrens, beispielsweise auch vor dem Schritt des Bereitstellens 1610 des Deckelsubstrats durchgeführt werden, sodass im Schritt des Bereitstellens 1610 bereits das den Kanal aufweisende Deckelsubstrat bereitgestellt werden kann. In einem Schritt des Anordnens 1625 wird eine Stempeleinheit angeordnet, die dazu ausgebildet ist, um durch die Stempelöffnung in die Fluidkammer einzufahren, um die Membran in die Fluidkammer auszulenken, um ein Ausströmen des Fluids aus der Fluidkammer in den Kanal zu ermöglichen, wenn das Fluid in der Fluidkammer aufgenommen ist.
17 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1700 zum Betreiben einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um eine der anhand von 1 bis 5 beschriebenen Vorrichtungen handeln.
In einem Schritt des Einfahrens 1705 wird eine Stempeleinheit durch die Stempelöffnung in die Fluidkammer eingefahren, um die Membran in die Fluidkammer auszulenken, um ein Ausströmen des Fluids aus der Fluidkammer in den Kanal zu ermöglichen, wenn das Fluid in der Fluidkammer aufgenommen ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die Kraft durch eine Stempeleinheit ausgeübt, die in einem optionalen Schritt 1710 betätigt wird. Die Betätigung kann beispielsweise unter Verwendung einer mechanischen oder elektromechanischen Betätigungseinrichtung ausgeführt werden.
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
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 2014/090610 A1 [0003]

Claims

Mikrofluidische Vorrichtung (100) mit folgenden Merkmalen: einem Kammersubstrat (105) mit einer Fluidkammer (110) zum Aufnehmen eines Fluids (205); einem Deckelsubstrat (115) mit einer Stempelöffnung (125), wobei die Stempelöffnung (125) gegenüberliegend zu einer Fluidkammeröffnung (130) der Fluidkammer (110) angeordnet ist; einer flexiblen Membran (135), die zwischen dem Kammersubstrat (105) und dem Deckelsubstrat (115) angeordnet ist und die Stempelöffnung (125) und die Fluidkammer (110) überspannt; und einer Stempeleinheit (120), die dazu ausgebildet ist, um durch die Stempelöffnung (125) in die Fluidkammer (110) einzufahren, um die Membran (135) in die Fluidkammer (110) auszulenken, um ein Ausströmen des Fluids (205) aus der Fluidkammer (110) zu ermöglichen, wenn das Fluid (205) in der Fluidkammer (110) aufgenommen ist.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (205) in der Fluidkammer (110) aufgenommen ist und durch eine die Fluidkammer (110) verschließende Barrierefolie (200) in der Fluidkammer (110) gehalten wird, wobei die Barrierefolie (200) dazu ausgeformt ist, um durch die Stempeleinheit (120) geöffnet zu werden.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (205) in einem Einlegebehälter (500) angeordnet ist, der von der Fluidkammer (110) aufgenommen ist, wobei die Barrierefolie (200) den Einlegebehälter (500) verschließt.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (205) in einem Blister angeordnet ist, der von der Fluidkammer (110) aufgenommen ist, wobei der Blister ein Volumen der Fluidkammer (110) im Wesentlichen ausfüllt, wobei der Blister dazu ausgeformt ist, um durch die Stempeleinheit (120) geöffnet zu werden.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser der Stempelöffnung (125) größer ist, als die Hälfte des Durchmessers der Fluidkammeröffnung (130).
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Kanal (140), der auf einer dem Kammersubstrat (105) zugewandten Seite der Membran (135) verläuft und fluidisch mit der Fluidkammer (110) verbunden ist
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Stempelöffnung (125) kleiner ist, als die Hälfte des Durchmessers der Fluidkammeröffnung (130), wobei die Stempelöffnung (125) benachbart zu dem Kanal (140) angeordnet ist.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (140) einen Kanalfortsatz (705) aufweist und das Deckelsubstrat (115) eine Entlüftungsöffnung (700) aufweist, die in den Kanalfortsatz (705) mündet, wobei die Stempelöffnung (125) zwischen der Entlüftungsöffnung (700) und dem Kanal (140) angeordnet ist, und wobei die Membran (135) die Entlüftungsöffnung (700) nicht überspannt.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelsubstrat (115) eine Entlüftungsöffnung (700) aufweist, die in die Fluidkammer (110) mündet, wobei die Stempelöffnung (125) zwischen der Entlüftungsöffnung (700) und dem Kanal (140) angeordnet ist, wobei die Membran (135) die Entlüftungsöffnung (700) überspannt, und, dass die Vorrichtung (100) eine weitere Stempeleinheit (905) aufweist, die dazu ausgebildet ist, um durch die Entlüftungsöffnung (700) in die Fluidkammer (110) einzufahren, um die Membran (135) in die Fluidkammer (110) auszulenken, um ein Einströmen eines weiteren Fluids in die Fluidkammer (110) zu ermöglichen.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kammersubstrat (105) und der Membran (135) ein Zwischensubstrat (900) angeordnet ist, das eine die Stempelöffnung (125) fortsetzende weitere Stempelöffnung (915) und eine die Entlüftungsöffnung (700) fortsetzende weitere Entlüftungsöffnung (910) aufweist und dazu ausgeformt ist, um einen quer zur Entlüftungsöffnung (700) verlaufenden und in die weitere Entlüftungsöffnung (910) mündenden Luftkanal (920) zu erzeugen.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (140) zwischen der Membran (135) und dem Zwischensubstrat (900) verläuft und in die Stempelöffnung (125) mündet.
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser der Fluidkammeröffnung (130) der Stempelöffnung (125) entspricht, wobei die Fluidkammer (110) eine zweite Fluidkammeröffnung (1105) aufweist, die einem Durchmesser der weiteren Entlüftungsöffnung (910) entspricht.
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein der Fluidkammeröffnung (130) gegenüberliegender Fluidkammerboden durch eine weitere Barrierefolie (1100) ausgeformt ist.
Verfahren (1600) zum Herstellen einer mikrofluidischen Vorrichtung (100), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen (1605) eines Kammersubstrats (105) mit einer Fluidkammer (110) zum Aufnehmen eines Fluids (205), Bereitstellen (1610) eines Deckelsubstrats (115) mit einer gegenüberliegend zu einer Fluidkammeröffnung (130) der Fluidkammer (110) angeordneten Stempelöffnung (125); Anordnen (1615) einer flexiblen Membran (135) zwischen dem Kammersubstrat (105) und dem Deckelsubstrat (115), wobei die Membran (135) die Stempelöffnung (125) und die Fluidkammeröffnung (130) überspannt; und Bereitstellen (1625) einer Stempeleinheit (120), die dazu ausgebildet ist, um durch die Stempelöffnung (125) in die Fluidkammer (110) einzufahren, um die Membran (135) in die Fluidkammer (110) auszulenken, um ein Ausströmen des Fluids (205) aus der Fluidkammer (110) zu ermöglichen, wenn das Fluid (205) in der Fluidkammer (110) aufgenommen ist.
Verfahren (1700) zum Betreiben einer mikrofluidischen Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist: Einfahren (1705) der Stempeleinheit (120) der mikrofluidischen Vorrichtung (100) durch die Stempelöffnung (125) in die Fluidkammer (110) der mikrofluidischen Vorrichtung (100), um die Membran (135) in die Fluidkammer (110) auszulenken, um ein Ausströmen des Fluids (205) aus der Fluidkammer (110) zu ermöglichen, wenn das Fluid (205) in der Fluidkammer (110) aufgenommen ist.