WO2015121034A1 - Einheit zum bereitstellen eines fluids für eine biochemische analysevorrichtung sowie verfahren und vorrichtung zum herstellen einer solchen einheit - Google Patents

Einheit zum bereitstellen eines fluids für eine biochemische analysevorrichtung sowie verfahren und vorrichtung zum herstellen einer solchen einheit Download PDF

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film
bottom recess
force
unit
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Yvonne Beyl
Daniel Czurratis
Sven Zinober
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Robert Bosch Gmbh
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    • B01L3/527—Containers specially adapted for storing or dispensing a reagent for a plurality of reagents

Definitions

  • Unit for providing a fluid for a biochemical analysis device and method and device for producing such a unit
  • the present invention relates to a unit for providing a fluid for a biochemical analysis apparatus, to a method for producing such a unit, to a corresponding apparatus and to a corresponding computer program product.
  • Reagents can be largely independent of a chemical
  • the present approach provides a unit for providing a fluid for a biochemical analyzer, the unit comprising: a lid member; a bottom element with at least one bottom recess, wherein the
  • Bottom recess is arranged opposite the cover element; a film which, at least in the area of the bottom recess between the
  • Cover element and the bottom element is arranged; and at least one fluid bag having a force introduction surface for introducing a force into the fluid bag, wherein the fluid bag is arranged folded in the bottom recess and / or in the bottom recess that in one
  • the film is adapted to be pressed by pressure of the film in the direction Bodenaus fundamentalung against the force introduction surface to introduce the force into the fluid bag, and wherein the fluid bag has at least one sealing seam which is formed to to open when initiating the force.
  • a fluid may be understood to mean a fluid having a reagent for performing a biochemical reaction.
  • a biochemical analyzer may be understood to mean, for example, a microfluidic system configured to analyze a biochemical material using the fluid.
  • the unit may comprise a cover element and a bottom element with a bottom recess.
  • Cover element and the bottom element can, for example, as layers of a
  • Layer composite be realized. Under a film can be understood an elastically deformable membrane.
  • the film may be made of a polymer.
  • a fluid bag may be understood to mean a fluid-tight, foldable hose for storing the fluid.
  • the fluid bag may have approximately a rectangular, flat shape.
  • the fluid bag may consist of be made of a thin metal or plastic film.
  • the fluid bag may be closed fluid-tight by at least one sealing seam.
  • the closure seam may be, for example, a sealed seam, also called a peel seam.
  • the closure seam can be designed to be separated by means of a force introduced into the fluid bag. To the force in the
  • the fluid bag may have a force introduction surface. Under a force introduction surface, a surface of the
  • the present approach is based on the realization that it is possible to take up a space requirement of a microfluidic system for performing a
  • the space requirement can be reduced by a main extension plane of the tubular bag and a main extension plane of the film are arranged inclined to each other.
  • One embodiment of the present approach provides lab-on-chip reagent pre-storage in tubular bags with reduced footprint.
  • Fluid bag have at least a predetermined fold for folding the fluid bag.
  • the fold can be realized at least partially by a sealed seam.
  • a predetermined folding point can be understood as a predetermined bending point. Under a sealed seam, a means
  • the foil bag can very easily in two chambers be divided, for example, to store different fluids in the fluid bag.
  • the fluid bag may have the fold at least partially along a plane of symmetry and / or an axis of symmetry of the fluid bag. This allows a particularly compact form of the film bag can be realized in the folded state.
  • the unit may be provided with a fixing element, which is designed to at least partially fix the film in the region of the bottom recess on the cover element.
  • a fixing element can be understood, for example, an adhesive layer which is between the
  • Glue cover element Alternatively or in addition to bonding, laser welding or hot stamping is also possible. By means of the fixing element can be reliably prevented that the foil bag in the field of
  • Closing seam is pressed through the film when passing the pressure in the bottom recess.
  • the unit may comprise at least one collecting chamber which is formed in the cover element and / or the bottom element in order to open when opening
  • the collecting chamber can be realized as a separate chamber of the unit or as part of the bottom recess. By means of the collecting chamber, the fluid can be relocated controlled when opening the closure.
  • the unit may be provided with at least one channel which is formed in the cover element and / or the bottom element to the
  • the collecting chamber may have an outlet for guiding the fluid between the collecting chamber and the analysis device.
  • the outlet may open into the analyzer.
  • the force introduction surface may comprise a stabilizing element.
  • the film may be designed to be in the direction of the pressure in the
  • a stabilizing element can be understood, for example, an intermediate plate made of a hard material which is arranged between the film bag and the film.
  • Fluid bag be provided.
  • the further fluid bag can be arranged folded in the bottom recess.
  • the further foil bag may be arranged in the bottom recess such that in the
  • Main extension plane of the film are oriented in different directions.
  • the film may be configured to assist in directing the pressure into the
  • the further fluid bag can have at least one further closing seam, which is designed to open when the further force is introduced.
  • the unit can be made very compact, if the
  • Force introduction surface and the further force introduction surface are arranged opposite to each other.
  • the force introduction surface and the further force introduction surface may each be arranged at an acute angle and / or right angle to the main extension plane of the film.
  • An acute angle can be understood to mean an angle of less than 90 degrees.
  • the main plane of extension of the film are oriented in different directions, wherein the film is designed to be in the direction of a pressure in the
  • Bottom recess to be pressed by the pressure against the force introduction surface to introduce the force into the fluid bag, and wherein the fluid bag has at least one sealing seam, which is adapted to open when introducing the force.
  • the approach presented here also provides a device which is designed to implement the steps of a variant of a method presented here
  • a device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon.
  • the device may have an interface, which may be formed in hardware and / or software.
  • the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains a wide variety of functions of the device.
  • system ASIC system ASIC
  • the interfaces may have their own, integrated Circuits are or at least partially consist of discrete components.
  • the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.
  • An advantage is also a computer program product with program code, which on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a
  • a storage medium having a computer program stored thereon according to an embodiment described herein.
  • FIGS. 2a, 2b are schematic representations of a unit for providing a fluid with a folded fluid bag according to an embodiment of the present invention
  • 3a, 3b, 3c are schematic representations of a unit for providing a fluid with a vertically inserted fluid bag according to a
  • FIG. 5 is a flowchart of a method for manufacturing a unit for providing a fluid according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a block diagram of an apparatus for performing a method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a unit 100 for providing a fluid for a biochemical analyzer according to a
  • the unit 100 comprises a cover element 105, a bottom element 110, a foil 115 and a
  • the bottom member 110 is formed with a bottom recess 125 which is disposed opposite to the lid member 105.
  • the film 115 is in the region of the bottom recess 125 between the
  • the fluid bag 120 is designed with a force introduction surface 130 and a sealing seam 135.
  • Main extension plane of the film 115 are oriented in a non-deflected state of the film 130 in different directions. According to this
  • Closure seam 135 runs along a first end region
  • the cover element 105 has an opening 140 in the region of the bottom recess 125.
  • the opening 140 is designed as a compressed air supply and, for this purpose, can be connected to a pressure unit (not shown in FIG. 1) for applying a pressure to the opening 140.
  • the opening 140 is part of a connectable to the printing unit channel (not shown).
  • the opening 140 is designed to apply pressure to a side of the foil 115 facing away from the bottom recess 125.
  • the film 115 is deflected toward the bottom recess 125 and pressed against the force introduction surface 130 to introduce a force into the fluid bag 120.
  • an internal pressure of the fluid bag 120 increases.
  • the opening 140 is arranged laterally offset from the force introduction surface 130, so that between the opening 140 and one of the opening 140 opposite bottom surface of the
  • Bottom recess 125 results in a deflection region 145, which allows a controlled deflection of the film 115 against the force introduction surface 130 when applying pressure to the opening 140 to introduce the force into the fluid bag 120.
  • the unit 100 By means of the unit 100, embodied as a cartridge, for example, a method for providing a fluid for a biochemical analyzer in terms of area requirement can be optimized in such a way that also reagent numbers can be provided for more complex analysis assays without increasing a form factor of the cartridge 100.
  • the cartridge 100 allows the use of a diffusion-tight stick-pack technology and a pneumatic release of the fluid.
  • a cartridge depth can be better utilized.
  • the depth of the cartridge is due to a way of introducing samples, such as Smear, blood, sputum or exudate cell material, generally larger than would be required for a reagent pre-storage.
  • this depthwise depth can be used efficiently in favor of a cartridge area, that is, the cartridge area can be reduced without, for example, basically changing a three-layered cartridge assembly.
  • FIG. 2 a shows a schematic cross-sectional representation of the unit 100.
  • FIG. 2 b shows a schematic
  • Embodiment designed to fold the fluid bag 120 in a center of the fluid bag 120 about a plane of symmetry ES, which extends in Figures 2a and 2b, for example, transverse to a longitudinal axis of the fluid bag 120.
  • the fold 200 is optionally realized by a sealed seam to divide the fluid bag 120 by means of the fold 200 into two fluid chambers.
  • an opening in the fold 200 can be realized, which serves to fluidly connect the two fluid chambers together.
  • the force introduction surface 130 and the film 115 are in the undeflected state of the film 115 opposite each other and arranged substantially parallel to each other. Furthermore, the force introduction surface 130, in contrast to FIG. 1, is arranged opposite the opening 140.
  • the fluid bag 120 comprises, for example, a film tube whose opposite tube openings are each sealed fluid-tight by means of the closure seam 135.
  • the fluid bag 120 is folded up in such a way that the closure seams 135 point in the same direction and the fold 200 is arranged opposite the closure seams 135.
  • the two sealing seams 135 can thus be opened simultaneously when the force is introduced into the fluid bag 120 in order to provide the fluid contained in the fluid bag 120. It is also possible that by the introduction of force the
  • the unit 100 comprises a fixing element 205 which may be used, for example, as a
  • Adhesive layer or connecting seam between the lid member 105 and the film 115 is formed to fix the film 115 to the lid member 105.
  • the fixing element 205 extends over that region of the bottom recess 125 in which the closing seams 135 are arranged. Thus, it is prevented when applying pressure to the
  • a collecting chamber 210 is further formed in the bottom element 110.
  • the collection chamber 210 is as another bottom recess in the
  • Bottom element 110 executed, wherein the further bottom recess as the bottom recess 125 is disposed opposite the cover member 105.
  • the catching chamber 210 extends partially around the bottom recess 125.
  • the collection chamber 210 is configured to catch the fluid upon opening the sealing seams 135.
  • a channel 215 is formed between the cover element 105 and the bottom element 110, as shown in FIG. 2b.
  • the collecting chamber 210 also has an outlet 220 in the form of a further channel formed between the lid element 105 and the bottom element 110.
  • the outlet 220 serves to pass the fluid from the collection chamber 210 to the biochemical analyzer (not shown).
  • the bottom element 110 may also be referred to as the fluidic plane of the unit 100.
  • Fig. 2b is further shown that the collecting chamber 210 is completely covered by the fixing member 205.
  • a force is introduced between the force introduction surface 130 and the foil 115
  • Stabilizing element 225 arranged in the form of an intermediate plate.
  • the stabilizing plate 225 is designed to allow a uniform application of pressure to the force introduction surface 130 when the pressure at the opening 140 is applied.
  • a variant of the present invention provides for the stick packs 120 to be folded in the middle and placed in a corresponding chamber 125. As a result, a space requirement of about 40 percent compared to conventional fluid supply units can be reduced.
  • a predetermined bending point 200 may be pre-embossed by suitable means, such as by thermal sealing analogous to the production of stickpack seams. The seal can be done completely, so a
  • Two-chamber bag 120 is formed, or partially made, so that a fluid exchange is made possible via a channel between the two sub-chambers.
  • An initial and final seam 135 of the stick pack 120 can be designed as a transverse seam with one or two peel seams.
  • Two-chamber bags 120 are
  • Bag 120 whose chambers are connected via a connecting channel, advantageously have at least one peel seam.
  • Figures 2a and 2b show a possible design for double-chambered stick packs 120.
  • a folded stickpack 120 is preferably so in the cartridge
  • the force introduction surface 130 of the stick pack 120 is arranged parallel to the undeflected membrane 115.
  • the membrane 115 is fixed in certain areas to a pneumatic plane 105, also called cover element 105. In these areas, the membrane 115 can not deflect when compressed air is applied. This can be avoided in particular that the Membrane 115 by deflection which runs approximately as a peel seam
  • a supply chamber 210 for transferring the stickpack contents is arranged, for example, in front of and / or below the stickpack 120.
  • Provisioning chamber 210 may also be referred to as a catchment chamber.
  • An introduction of force through the membrane 115 can be improved via an intermediate plate 225 between the membrane 115 and the stick pack 120.
  • FIG. 3 c shows a cross section of the unit 100 along a straight line AB shown in FIG. 3 b, which substantially corresponds to a transverse axis of the fluid bag 120.
  • the fluid bag 120 shown in FIGS. 3 a to 3 c is arranged in the bottom recess 125 in an unfolded state.
  • the fluid bag 120 in this case has a rectangular, flat shape and is arranged edgewise in the bottom recess 125, d. h.,
  • the force introduction surface 130 extends in the undeflected state of the film 115 perpendicular to
  • the fluid bag 120 is disposed adjacent to a side wall of the bottom recess 125, with the force introduction surface 130 facing away from the side wall.
  • the force introduction surface 130 extends along a longitudinal axis of the unit 100.
  • An adjacent to the force introduction surface 130 Area of the bottom recess 125 is formed as a deflection region 145 for the film 115.
  • the fixing element 205 covers a first half of the bottom recess 125, in which the fluid bag 120 is arranged.
  • the fluid bag 120 is thus largely covered by the fixing element 205.
  • a second half of the bottom recess 125, which forms the deflection region 145, is not covered by the fixing element 205, as shown in FIG. 3b.
  • the sealing seam 135 points in the direction of the collecting chamber 210, which in contrast to FIG. 2 a mostly along only one side of the
  • Floor recess 125 extends. Further, the seal 135 partially extends into the channel 215 as shown in FIG. 3b.
  • the unit 100 shown in FIG. 3b is also significantly narrower than the unit 100 shown in FIG. 2b.
  • Fig. 3c three different deflection states ZI, Z2, Z3 of the film 115 are each shown by dashed lines.
  • the foil 115 bulges into the deflection region 145.
  • the film 115 extends perpendicular to the force introduction surface 130.
  • a first deflection state ZI and a second deflection state ZI are shown by dashed lines.
  • a surface normal of the sealing seam 135 forms with a surface normal of
  • Diaphragm plane an angle different from 0 degrees.
  • Fig. 3c of the stick pack 120 is an example upright integrated into the chamber 125.
  • the stick pack 120 may in particular be arranged in the chamber 125 such that the Surface normal of the sealed seam 135 with a surface normal of
  • Diaphragm level forms an angle in the range of 30 to 60 degrees.
  • FIGS. 3a and 3b show a design for an edge-inlaid one
  • Fig. 3c shows different deflection states ZI, Z2, Z3 of
  • Fluid bag 400 according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 4a is a schematic cross-sectional view of the unit 100
  • Fig. 4b is a plan view of the unit 100 and in Figures 4c and 4d a
  • the fluid bags 120, 400 are largely covered analogously to FIG. 3b by the fixing element 205.
  • the further fluid bag 400 has a further closing seam 407, which is designed to open when the force is introduced into the further fluid bag 400.
  • the unit 100 is formed with a further collecting chamber 410, which is fluidically connected via a further channel 415 to a region of the bottom recess 125 in which the further fluid bag 400 is arranged.
  • the additional closure seam 407 extends partially into the further channel 415.
  • Collection chamber 210 is connected via channel 215 to a region of
  • Bottom recess 145 is connected, in which the fluid bag 120 is arranged.
  • FIG. 4c shows the three deflection states Z1, Z2, Z3 of the foil 115 analogously to the unit 100 shown in FIG. 3c.
  • the film 115 is designed to be pressed against both the force introduction surface 130 and against the further force introduction surface 405 upon application of the pressure at the opening 140 in the third deflection state Z3 in order to open the fluid bag 120 and the further fluid bag 400.
  • the bottom recess 125 also has two mutually parallel groove-like recesses 410.
  • the recesses 410 are each the fluid bag 120, 400 set into it.
  • the recesses 410 are formed, for example, to stabilize the fluid bags 120, 400.
  • the recesses 410 perform the function of the channels 215, 415.
  • the bottom recess 125 is designed as a double chamber, in which two stick packs 120, 400 share an expansion chamber 145.
  • the stick pack 120 may have a tube extension after the peel seam 135, which is manufactured so that the stick pack tube does not directly on the Peel seam 135, but next to it is cut off. This effect can also be realized by a corresponding shaping of an insert mold.
  • the stick packs 120, 400 are re-sealed to adjust a ratio between length and width of the stick packs 120, 400.
  • the stick packs 120, 400 are inserted, for example, mirror-symmetrically to a central axis of the double chamber 125 in the double chamber 125.
  • the stick packs 120, 400 may be positioned at angles other than 90 degrees to the membrane 115. This allows a width of
  • Reduce expansion chamber 145 and reduce a stretching load of the membrane 115.
  • two adjacent stick packs 120, 400 can be expressed by a single membrane 115, without having to do so
  • FIG. 4c shows a section through a vertical double chamber 125 along a straight line CD with different deflection states ZI, Z2, Z3 of the membrane 115 and makes a force transmission from the membrane 115 to the side surfaces of the two stick packs 120, 400 clear.
  • the film bags 120, 400 shown in FIG. 4 d are not perpendicular to one another, but each occupy an angle between 30 and 60 degrees relative to the surface normal of the membrane 115.
  • the foil pouches 120, 400 thus lie obliquely in the chamber 125 and enclose a trapezoid or a triangle with the membrane 115 in the sectional plane shown in FIG. 4d.
  • the method 500 includes a step 505 of providing a lid member, a floor member having at least one
  • the method 500 includes a step 510 of forming a composite of the lid member, the bottom member, the foil, and the fluid bag.
  • the bottom recess is arranged opposite the cover element, the film at least in the area of the bottom recess between the
  • Cover element a bottom element with at least one bottom recess, a
  • a unit 610 configured to form a composite of the
  • the unit 610 is formed to the bottom recess the
  • Cover element to arrange opposite to arrange the film at least in the region of the bottom recess between the cover element and the bottom element and to arrange the fluid bag folded in the bottom recess and / or to arrange in the bottom recess that in one
  • Main extension plane of the film are oriented in different directions. Further, in this case, the film is formed to be pressed by the pressure against the force introduction surface when a pressure in the bottom recess to direct the force into the fluid bag. Finally, in this case the fluid bag has at least one sealing seam which is designed to open when the force is introduced.
  • an exemplary embodiment comprises an "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einheit (100) zum Bereitstellen eines Fluids für eine biochemische Analysevorrichtung. Die Einheit (100) umfasst ein Deckelelement (105) und ein Bodenelement (110) mit zumindest einer Bodenausnehmung (125), wobei die Bodenausnehmung (125) dem Deckelelement (105) gegenüberliegend angeordnet ist. Des Weiteren ist die Einheit (100) mit einer Folie (115) vorgesehen, die zumindest im Bereich der Bodenausnehmung (125) zwischen dem Deckelelement (105) und dem Bodenelement (110) angeordnet ist. Schließlich umfasst die Einheit (100) zumindest einen Fluidbeutel (120) mit einer Krafteinleitungsfläche (130) zum Einleiten einer Kraft in den Fluidbeutel (120). Hierbei ist der Fluidbeutel (120) gefaltet in der Bodenausnehmung (125) und/oder derart in der Bodenausnehmung (125) angeordnet, dass in einem Ruhezustand der Folie (115) ohne Druckeinwirkung auf die Folie die Krafteinleitungsfläche (130) und eine Haupterstreckungsebene der Folie (115) in unterschiedliche Richtungen orientiert sind. Die Folie (115) ist ausgebildet, um bei Druckeinwirkung auf die Folie in die Richtung Bodenausnehmung (125) gegen die Krafteinleitungsfläche (130) gedrückt zu werden, um die Kraft in den Fluidbeutel (120) einzuleiten. Dabei weist der Fluidbeutel (120) zumindest eine Verschlussnaht (135) auf, die ausgebildet ist, um sich beim Einleiten der Kraft zu öffnen.

Description

Beschreibung Titel
Einheit zum Bereitstellen eines Fluids für eine biochemische Analysevorrichtung sowie Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer solchen Einheit
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einheit zum Bereitstellen eines Fluids für eine biochemische Analysevorrichtung, auf ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Einheit, auf eine entsprechende Vorrichtung sowie auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.
Reagenzien können weitestgehend unabhängig von einer chemischen
Beschaffenheit mehrere Jahre ohne nennenswerte Flüssigkeitsverluste in einem Lab-on-a-Chip-System (LOC) vorgehalten und kontrolliert freigesetzt werden, beispielsweise mittels einer pneumatischen Steuerung. Im Unterschied zu einer direkten Vorlagerung in Kunststoffkammern kann ein solches langzeitstabiles Reagenzienvorlagerungs- und -freisetzungskonzept einen hohen Flächenbedarf aufweisen.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Einheit zum Bereitstellen eines Fluids für eine biochemische Analysevorrichtung, ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Einheit, weiterhin eine Vorrichtung, das dieses Verfahren verwendet, ein entsprechendes Computerprogramm sowie schließlich ein entsprechendes Speichermedium gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Der vorliegende Ansatz schafft eine Einheit zum Bereitstellen eines Fluids für eine biochemische Analysevorrichtung, wobei die Einheit folgende Merkmale aufweist: ein Deckelelement; ein Bodenelement mit zumindest einer Bodenausnehmung, wobei die
Bodenausnehmung dem Deckelelement gegenüberliegend angeordnet ist; eine Folie, die zumindest im Bereich der Bodenausnehmung zwischen dem
Deckelelement und dem Bodenelement angeordnet ist; und zumindest einen Fluidbeutel mit einer Krafteinleitungsfläche zum Einleiten einer Kraft in den Fluidbeutel, wobei der Fluidbeutel gefaltet in der Bodenausnehmung und/oder derart in der Bodenausnehmung angeordnet ist, dass in einem
Ruhezustand der Folie ohne Druckeinwirkung auf die Folie die
Krafteinleitungsfläche und eine Haupterstreckungsebene der Folie in
unterschiedliche Richtungen orientiert sind, wobei die Folie ausgebildet ist, um bei Druckeinwirkung auf die Folie in die Richtung Bodenausnehmung gegen die Krafteinleitungsfläche gedrückt zu werden, um die Kraft in den Fluidbeutel einzuleiten, und wobei der Fluidbeutel zumindest eine Verschlussnaht aufweist, die ausgebildet ist, um sich beim Einleiten der Kraft zu öffnen.
Unter einem Fluid kann beispielsweise eine Flüssigkeit mit einem Reagenz zum Durchführen einer biochemischen Reaktion verstanden werden. Unter einer biochemischen Analysevorrichtung kann etwa ein mikrofluidisches System verstanden werden, das ausgebildet ist, um unter Verwendung des Fluids ein biochemisches Material zu analysieren. Die Einheit kann ein Deckelelement sowie ein Bodenelement mit einer Bodenausnehmung umfassen. Das
Deckelelement und das Bodenelement können beispielsweise als Lagen eines
Lagenverbunds realisiert sein. Unter einer Folie kann eine elastisch verformbare Membran verstanden werden. Beispielsweise kann die Folie aus einem Polymer gefertigt sein. Unter einem Fluidbeutel kann ein fluiddichter, faltbarer Schlauch zum Lagern des Fluids verstanden werden. Der Fluidbeutel kann etwa eine rechteckige, flache Form aufweisen. Beispielsweise kann der Fluidbeutel aus einer dünnen Metall- oder Kunststofffolie gefertigt sein. Der Fluidbeutel kann durch zumindest eine Verschlussnaht fluiddicht verschlossen sein. Bei der Verschlussnaht kann es sich beispielsweise um eine Siegelnaht, auch Peel-Naht genannt, handeln. Die Verschlussnaht kann ausgebildet sein, um mittels einer in den Fluidbeutel eingeleiteten Kraft aufgetrennt zu werden. Um die Kraft in den
Fluidbeutel einzuleiten, kann der Fluidbeutel eine Krafteinleitungsfläche aufweisen. Unter einer Krafteinleitungsfläche kann eine Oberfläche des
Fluidbeutels verstanden werden, auf die ein Druck ausgeübt werden kann, um einen Innendruck des Fluidbeutels zu erhöhen.
Der vorliegende Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass es möglich ist, einen Platzbedarf eines mikrofluidischen Systems zum Durchführen einer
biochemischen Reaktion deutlich zu reduzieren, indem ein mit einem
entsprechenden Reagenz befüllter Schlauchbeutel zusammengefaltet in dem System angeordnet wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Platzbedarf verringert werden, indem eine Haupterstreckungsebene des Schlauchbeutels und eine Haupterstreckungsebene der Folie geneigt zueinander angeordnet sind.
Eine Ausführungsform des vorliegenden Ansatzes sieht eine Lab-on-Chip- Reagenzienvorlagerung in Schlauchbeuteln mit verringertem Platzbedarf vor.
Insbesondere bei Analyseverfahren, die eine Vielzahl an Reagenzien erfordern, wie beispielsweise Verfahren zur Diagnose bakterieller Infektionen, etwa einer Sepsis, kann somit eine Lab-on-a-Chip- Kartusche in einer für einen
Endanwender gut handhabbaren Größe gefertigt werden.
Gemäß einer Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes kann der
Fluidbeutel zumindest eine vorgegebene Faltstelle zum Falten des Fluidbeutels aufweisen. Insbesondere kann hierbei die Faltstelle zumindest teilweise durch eine Siegelnaht realisiert sein. Unter einer vorgegebenen Faltstelle kann eine Sollknickstelle verstanden werden. Unter einer Siegelnaht kann eine mittels
Wärme und Druck erzeugte Verbindungsnaht zwischen zwei übereinander angeordneten Folien des Fluidbeutels verstanden werden. Mithilfe der Faltstelle kann ein Falten des Folienbeutels erleichtert werden. Ferner ist somit
gewährleistet, dass der Folienbeutel an einer definierten Stelle gefaltet wird. Mittels der Siegelnaht kann der Folienbeutel sehr einfach in zwei Kammern unterteilt werden, etwa um unterschiedliche Fluide in dem Fluidbeutel aufzubewahren.
Vorteilhafterweise kann der Fluidbeutel die Faltstelle zumindest teilweise entlang einer Symmetrieebene und/oder einer Symmetrieachse des Fluidbeutels aufweisen. Dadurch kann eine besonders kompakte Form des Folienbeutels im gefalteten Zustand realisiert werden.
Des Weiteren kann die Einheit mit einem Fixierungselement vorgesehen sein, das ausgebildet ist, um die Folie im Bereich der Bodenausnehmung zumindest teilweise an dem Deckelelement zu fixieren. Unter einem Fixierungselement kann beispielsweise eine Haftlage verstanden werden, die zwischen dem
Deckelelement und der Folie ausgebildet ist, um die Folie mit dem
Deckelelement zu verkleben. Alternativ oder zusätzlich zum Kleben ist auch Laserschweißen oder Heißprägen möglich. Mittels des Fixierungselements kann zuverlässig verhindert werden, dass der Folienbeutel im Bereich der
Verschlussnaht beim Leiten des Drucks in die Bodenausnehmung durch die Folie zugedrückt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier beschriebenen Ansatzes kann die Einheit zumindest eine Auffangkammer umfassen, die in dem Deckelelement und/oder dem Bodenelement ausgebildet ist, um beim Öffnen der
Verschlussnaht das Fluid aufzufangen. Die Auffangkammer kann als separate Kammer der Einheit oder auch als Teil der Bodenausnehmung realisiert sein. Mittels der Auffangkammer kann das Fluid beim Öffnen der Verschlussnaht kontrolliert umgelagert werden.
Ferner kann die Einheit mit zumindest einem Kanal vorgesehen sein, der in dem Deckelelement und/oder dem Bodenelement ausgebildet ist, um die
Bodenausnehmung und die Auffangkammer fluidisch miteinander zu verbinden.
Insbesondere kann hierbei die Auffangkammer einen Auslass zum Leiten des Fluids zwischen der Auffangkammer und der Analysevorrichtung aufweisen. Der Auslass kann in die Analysevorrichtung münden. Dadurch kann das Fluid beim Öffnen der Verschlussnaht kontrolliert von der Bodenausnehmung in die
Analysevorrichtung transportiert werden. Die Krafteinleitungsfläche kann ein Stabilisierungselement umfassen. Hierbei kann die Folie ausgebildet sein, um beim Leiten des Drucks in die
Bodenausnehmung gegen das Stabilisierungselement gedrückt zu werden, um die Kraft in den Fluidbeutel zu einzuleiten. Unter einem Stabilisierungselement kann beispielsweise eine Zwischenplatte aus einem harten Material verstanden werden, die zwischen dem Folienbeutel und der Folie angeordnet ist. Mittels des Stabilisierungselements kann beim Leiten des Drucks in die Bodenausnehmung eine gleichmäßige Verteilung des Drucks entlang der Krafteinleitungsfläche sichergestellt werden.
Darüber hinaus kann zumindest ein weiterer Fluidbeutel mit einer weiteren Krafteinleitungsfläche zum Einleiten einer weiteren Kraft in den weiteren
Fluidbeutel vorgesehen sein. Hierbei kann der weitere Fluidbeutel gefaltet in der Bodenausnehmung angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der weitere Folienbeutel derart in der Bodenausnehmung angeordnet sein, dass im
Ruhezustand der Folie die weitere Krafteinleitungsfläche und die
Haupterstreckungsebene der Folie in unterschiedliche Richtungen orientiert sind. Die Folie kann ausgebildet sein, um beim Leiten des Drucks in die
Bodenausnehmung durch den Druck ferner gegen die weitere
Krafteinleitungsfläche gedrückt zu werden, um die weitere Kraft in den weiteren Fluidbeutel einzuleiten. Der weitere Fluidbeutel kann zumindest eine weitere Verschlussnaht aufweisen, die ausgebildet ist, um sich beim Einleiten der weiteren Kraft zu öffnen. Durch diese Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes können mehrere Reagenzien platzsparend in ein und derselben Bodenausnehmung vorgelagert werden kann.
Die Einheit kann besonders kompakt ausgeführt werden, wenn die
Krafteinleitungsfläche und die weitere Krafteinleitungsfläche gemäß einer weiteren Ausführungsform einander gegenüberliegend angeordnet sind.
Alternativ oder zusätzlich können die Krafteinleitungsfläche und die weitere Krafteinleitungsfläche je in einem spitzen Winkel und/oder rechten Winkel zur Haupterstreckungsebene der Folie angeordnet sein. Unter einem spitzen Winkel kann ein Winkel kleiner 90 Grad verstanden werden. Der vorliegende Ansatz schafft zudem ein Verfahren zum Herstellen einer Einheit gemäß einer der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Bereitstellen eines Deckelelements, eines Bodenelements mit zumindest einer Bodenausnehmung, einer Folie sowie zumindest eines Fluidbeutels mit einer Krafteinleitungsfläche zum Einleiten einer Kraft in den Fluidbeutel; und
Bilden eines Verbunds aus dem Deckelelement, dem Bodenelement, der Folie und dem Fluidbeutel, wobei die Bodenausnehmung dem Deckelelement gegenüberliegend angeordnet wird, wobei die Folie zumindest im Bereich der Bodenausnehmung zwischen dem Deckelelement und dem Bodenelement angeordnet wird, wobei der Fluidbeutel gefaltet in der Bodenausnehmung angeordnet wird und/oder derart in der Bodenausnehmung angeordnet wird, dass in einem Ruhezustand der Folie die Krafteinleitungsfläche und eine
Haupterstreckungsebene der Folie in unterschiedliche Richtungen orientiert sind, wobei die Folie ausgebildet ist, um beim Leiten eines Drucks in die
Bodenausnehmung durch den Druck gegen die Krafteinleitungsfläche gedrückt zu werden, um die Kraft in den Fluidbeutel einzuleiten, und wobei der Fluidbeutel zumindest eine Verschlussnaht aufweist, die ausgebildet ist, um sich beim Einleiten der Kraft zu öffnen.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in
entsprechenden Einrichtungen durchzuführen 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 mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem
Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird,
insbesondere wenn das Programmprodukt auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Schließlich schafft der vorliegende Ansatz ein maschinenlesbares
Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm gemäß einer hier beschriebenen Ausführungsform.
Der hier vorgestellte Ansatz wird nachstehend anhand der beigefügten
Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Einheit zum Bereitstellen eines Fluids für eine biochemische Analysevorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2a, 2b schematische Darstellungen einer Einheit zum Bereitstellen eines Fluids mit einem gefalteten Fluidbeutel gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3a, 3b, 3c schematische Darstellungen einer Einheit zum Bereitstellen eines Fluids mit einem hochkant eingelegten Fluidbeutel gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4a, 4b, 4c, 4d schematische Darstellungen einer Einheit zum
Bereitstellen eines Fluids mit einem Fluidbeutel und einem weiteren Fluidbeutel gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Fig. 5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Einheit zum Bereitstellen eines Fluids gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Einheit 100 zum Bereitstellen eines Fluids für eine biochemische Analysevorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Einheit 100 umfasst ein Deckelelement 105, ein Bodenelement 110, eine Folie 115 sowie einen
Fluidbeutel 120. Das Bodenelement 110 ist mit einer Bodenausnehmung 125 ausgebildet, die dem Deckelelement 105 gegenüberliegend angeordnet ist. Die Folie 115 ist im Bereich der Bodenausnehmung 125 zwischen dem
Bodenelement 110 und dem Deckelelement 105 angeordnet. In der
Bodenausnehmung 125 ist der Fluidbeutel 120 angeordnet. Der Fluidbeutel 120 ist in einem gefalteten Zustand in der Bodenausnehmung 125 angeordnet.
Hierbei ist der Fluidbeutel 120 mit einer Krafteinleitungsfläche 130 und einer Verschlussnaht 135 ausgeführt. Die Krafteinleitungsfläche 130 und eine
Haupterstreckungsebene der Folie 115 sind in einem nicht ausgelenkten Zustand der Folie 130 in unterschiedliche Richtungen orientiert. Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel verläuft die Krafteinleitungsfläche 130 senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Folie 115. Hierbei ist die Krafteinleitungsfläche 130 in einem ersten Endbereich des Fluidbeutels 120 ausgebildet. Die
Verschlussnaht 135 verläuft entlang eines dem ersten Endbereich
gegenüberliegenden zweiten Endbereichs des Fluidbeutels 120. Das Deckelelement 105 weist im Bereich der Bodenausnehmung 125 eine Öffnung 140 auf. Die Öffnung 140 ist als Druckluftzufuhr ausgebildet und kann hierzu mit einer in Fig. 1 nicht dargestellten Druckeinheit zum Anlegen eines Drucks an der Öffnung 140 verbunden sein. Beispielsweise ist die Öffnung 140 Teil eines mit der Druckeinheit verbindbaren Kanals (nicht dargestellt).
Die Öffnung 140 ist ausgebildet, um eine von der Bodenausnehmung 125 abgewandte Seite der Folie 115 mit dem Druck zu beaufschlagen. Somit wird die Folie 115 in Richtung der Bodenausnehmung 125 ausgelenkt und gegen die Krafteinleitungsfläche 130 gedrückt, um eine Kraft in den Fluidbeutel 120 einzuleiten. Dadurch erhöht sich ein Innendruck des Fluidbeutels 120.
Die Verschlussnaht 135 ist ausgebildet, um beim Erhöhen des Innendrucks aufgerissen zu werden. Hierbei wird das Fluid durch den Anpressdruck der Folie 115 aus dem Fluidbeutel 120 herausgedrückt. Ein ausgelenkter Zustand der Folie 115 ist beispielhaft mit einer gestrichelten Linie gekennzeichnet.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Öffnung 140 seitlich versetzt zur Krafteinleitungsfläche 130 angeordnet, sodass sich zwischen der Öffnung 140 und einer der Öffnung 140 gegenüberliegenden Bodenfläche der
Bodenausnehmung 125 ein Auslenkungsbereich 145 ergibt, der beim Anlegen des Drucks an der Öffnung 140 eine kontrollierte Auslenkung der Folie 115 gegen die Krafteinleitungsfläche 130 ermöglicht, um die Kraft in den Fluidbeutel 120 einzuleiten.
Mittels der Einheit 100, die etwa als Kartusche ausgeführt ist, kann ein Verfahren zum Bereitstellen eines Fluids für eine biochemische Analysevorrichtung hinsichtlich eines Flächenbedarfs dahin gehend optimiert werden, dass auch Reagenzienanzahlen für komplexere Analyseassays bereitgestellt werden können, ohne einen Formfaktor der Kartusche 100 zu erhöhen. Die Kartusche 100 ermöglicht hierbei die Anwendung einer diffusionsdichten Stickpack- Technologie sowie eine pneumatische Freisetzung des Fluids.
Somit kann beispielsweise eine Kartuschentiefe besser ausgenutzt werden. Die Kartuschentiefe ist bedingt durch eine Art der Einbringung von Proben, wie etwa Zellmaterial aus Abstrichen, Blut, Sputum oder Ausscheidungen, im Allgemeinen größer, als es für eine Reagenzienvorlagerung erforderlich wäre. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der hier beschriebenen Erfindung kann dieser Platz in der Tiefe zugunsten einer Kartuschenfläche effizient genutzt werden, d. h., die Kartuschenfläche kann verringert werden, ohne dass beispielsweise ein dreilagiger Kartuschenaufbau grundsätzlich verändert wird. Hierbei werden zwei Konzepttypen unterschieden: zum einen gefaltete Stickpacks 120, zum anderen hochkant eingelegte Stickpacks 120, auch Fluidbeutel oder Schlauchbeutel genannt. Für beide Typen können Subvarianten existieren.
Fig. 2a, 2b zeigen schematische Darstellungen einer Einheit 100 zum
Bereitstellen eines Fluids mit einem gefalteten Fluidbeutel 120 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 2a zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung der Einheit 100. Fig. 2b zeigt eine schematische
Draufsicht auf die Einheit 100 ohne Deckelelement 105 und ohne Folie 115.
Im Unterschied zu Fig. 1 weist der in den Figuren 2a und 2b gezeigte Fluidbeutel 120 eine Faltstelle 200 auf. Die Faltstelle 200 ist gemäß diesem
Ausführungsbeispiel ausgebildet, um den Fluidbeutel 120 in einer Mitte des Fluidbeutels 120 um eine Symmetrieebene ES zu falten, die in den Figuren 2a und 2b beispielhaft quer zu einer Längsachse des Fluidbeutels 120 verläuft.
Die Faltstelle 200 ist optional durch eine Siegelnaht realisiert, um den Fluidbeutel 120 mittels der Faltstelle 200 in zwei Fluidkammern zu unterteilen. Hierbei kann eine Öffnung in der Faltstelle 200 realisiert sein, die dazu dient, die beiden Fluidkammern fluidisch miteinander zu verbinden.
Die Krafteinleitungsfläche 130 und die Folie 115 sind im unausgelenkten Zustand der Folie 115 einander gegenüberliegend sowie im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Ferner ist die Krafteinleitungsfläche 130 im Unterschied zu Fig. 1 der Öffnung 140 gegenüberliegend angeordnet.
Der Fluidbeutel 120 umfasst beispielsweise einen Folienschlauch, dessen gegenüberliegende Schlauchöffnungen je mittels der Verschlussnaht 135 fluiddicht verschlossen sind. Der Fluidbeutel 120 ist derart zusammengefaltet, dass die Verschlussnähte 135 in die gleiche Richtung weisen und die Faltstelle 200 den Verschlussnähten 135 gegenüberliegend angeordnet ist. Die beiden Verschlussnähte 135 können somit beim Einleiten der Kraft in den Fluidbeutel 120 gleichzeitig geöffnet werden, um das in dem Fluidbeutel 120 befindliche Fluid bereitzustellen. Möglich ist auch, dass sich durch die Krafteinleitung die
Siegelnaht der Faltstelle 200 öffnet und anschließend der Fluidbeutel 120 über nur eine Verschlussnaht 135 entleert wird. Die andere Verschlussnaht 135 bleibt dann geschlossen. Die Einheit 100 umfasst ein Fixierungselement 205, das beispielsweise als
Klebeschicht oder Verbindungsnaht zwischen dem Deckelelement 105 und der Folie 115 ausgebildet ist, um die Folie 115 an dem Deckelelement 105 zu fixieren. Hierbei erstreckt sich das Fixierungselement 205 über denjenigen Bereich der Bodenausnehmung 125, in dem die Verschlussnähte 135 angeordnet sind. Somit wird verhindert, dass beim Anlegen des Drucks an der
Öffnung 140 die Verschlussnähte 135 durch eine Auslenkung der Folie 115 zugedrückt werden.
In dem Bodenelement 110 ist ferner eine Auffangkammer 210 ausgebildet. Die Auffangkammer 210 ist als eine weitere Bodenausnehmung in dem
Bodenelement 110 ausgeführt, wobei die weitere Bodenausnehmung wie die Bodenausnehmung 125 dem Deckelelement 105 gegenüberliegend angeordnet ist. Die Auffangkammer 210 erstreckt sich teilweise um die Bodenausnehmung 125 herum. Die Auffangkammer 210 ist ausgebildet, um das Fluid beim Öffnen der Verschlussnähte 135 aufzufangen.
Um die Bodenausnehmung 125 und die Auffangkammer 210 fluidisch miteinander zu verbinden, ist zwischen dem Deckelelement 105 und dem Bodenelement 110 ein Kanal 215 ausgebildet, wie in Fig. 2b dargestellt. Die Auffangkammer 210 weist zudem einen Auslass 220 in Form eines weiteren zwischen dem Deckelelement 105 und dem Bodenelement 110 ausgebildeten Kanals auf. Der Auslass 220 dient dazu, das Fluid von der Auffangkammer 210 zu der biochemischen Analysevorrichtung (nicht dargestellt) weiterzuleiten. Das Bodenelement 110 kann auch als Fluidikebene der Einheit 100 bezeichnet werden. In Fig. 2b ist ferner gezeigt, dass die Auffangkammer 210 vollständig durch das Fixierungselement 205 abgedeckt ist. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist zwischen der Krafteinleitungsfläche 130 und der Folie 115 ein
Stabilisierungselement 225 in Form einer Zwischenplatte angeordnet. Die Stabilisierungsplatte 225 ist ausgebildet, um beim Anlegen des Drucks an der Öffnung 140 eine gleichmäßige Beaufschlagung der Krafteinleitungsfläche 130 mit dem Druck zu ermöglichen.
Eine Variante der vorliegenden Erfindung sieht vor, die Stickpacks 120 in der Mitte zu falten und in eine entsprechende Kammer 125 einzulegen. Dadurch lässt sich ein Platzbedarf um etwa über 40 Prozent gegenüber herkömmlichen Fluidbereitstellungseinheiten reduzieren. Für eine einfache Handhabung während der Fertigung kann eine Sollknickstelle 200 mit geeigneten Mitteln, etwa durch thermisches Siegeln analog zur Herstellung von Stickpack- Nähten, vorgeprägt sein. Die Siegelung kann vollständig erfolgen, sodass ein
Zweikammer- Beutel 120 entsteht, oder auch teilweise erfolgen, sodass ein Flüssigkeitsaustausch über einen Kanal zwischen beiden Teilkammern ermöglicht wird.
Eine Anfangs- und Endnaht 135 des Stickpacks 120 kann als Quernaht mit ein oder zwei Peel-Nähten ausgeführt sein. Zweikammerbeutel 120 sind
günstigerweise mit zwei Peel-Nähten ausgeführt. Beutel 120, deren Kammern über einen Verbindungskanal verbunden sind, weisen vorteilhafterweise mindestens eine Peel-Naht auf.
Die Figuren 2a und 2b zeigen ein mögliches Design für Doppelkammerstickpacks 120. Hierbei ist ein gefalteter Stickpack 120 vorzugsweise so in die Kartusche
100 eingelegt, dass die Krafteinleitungsfläche 130 des Stickpacks 120 parallel zur unausgelenkten Membran 115 angeordnet ist. Die Membran 115 ist in bestimmten Bereichen an eine Pneumatikebene 105, auch Deckelelement 105 genannt, fixiert. In diesen Bereichen kann sich die Membran 115 bei Anlegen von Druckluft nicht auslenken. Damit lässt sich insbesondere vermeiden, dass die Membran 115 durch Auslenkung die etwa als Peel-Naht ausgeführte
Verschlussnaht 135 zudrückt und somit eine Öffnung der Verschlussnaht 135 verhindert.
Eine Bereitstellungskammer 210 zur Umlagerung des Stickpackinhalts ist beispielsweise vor und/oder unter dem Stickpack 120 angeordnet. Die
Bereitstellungskammer 210 kann auch als Auffangkammer bezeichnet werden.
Alternativ oder zusätzlich ist ein durch eine Stützstruktur aus Säulen
hergestelltes Volumen der Bereitstellungskammer 210 direkt in eine
Stickpackkammer 125 integriert.
Eine Krafteinleitung durch die Membran 115 kann über eine Zwischenplatte 225 zwischen der Membran 115 und dem Stickpack 120 verbessert werden.
Fig. 3a, 3b, 3c zeigen schematische Darstellungen einer Einheit 100 zum
Bereitstellen eines Fluids mit einem hochkant eingelegten Fluidbeutel 120 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 3a zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung der Einheit 100. Fig. 3b zeigt eine
Draufsicht auf die Einheit 100. Fig. 3c zeigt einen Querschnitt der Einheit 100 entlang einer in Fig. 3b dargestellten Geraden AB, die im Wesentlichen einer Querachse des Fluidbeutels 120 entspricht. Im Unterschied zu den Figuren 2a bis 2c ist der in den Figuren 3a bis 3c gezeigte Fluidbeutel 120 in einem nicht gefalteten Zustand in der Bodenausnehmung 125 angeordnet. Der Fluidbeutel 120 weist hierbei eine rechteckige, flache Form auf und ist hochkant in der Bodenausnehmung 125 angeordnet, d. h., die Krafteinleitungsfläche 130 verläuft im unausgelenkten Zustand der Folie 115 senkrecht zur
Haupterstreckungsebene der Folie 115, ähnlich wie bereits anhand von Fig. 1 beschrieben.
Der Fluidbeutel 120 ist angrenzend an eine Seitenwand der Bodenausnehmung 125 angeordnet, wobei die Krafteinleitungsfläche 130 von der Seitenwand abgewandt ist. Hierbei erstreckt sich die Krafteinleitungsfläche 130 entlang einer Längsachse der Einheit 100. Ein an die Krafteinleitungsfläche 130 angrenzender Bereich der Bodenausnehmung 125 ist als Auslenkungsbereich 145 für die Folie 115 ausgebildet.
Das Fixierungselement 205 überdeckt eine erste Hälfte der Bodenausnehmung 125, in der der Fluidbeutel 120 angeordnet ist. Der Fluidbeutel 120 ist somit größtenteils von dem Fixierungselement 205 abgedeckt. Eine zweite Hälfte der Bodenausnehmung 125, die den Auslenkungsbereich 145 bildet, ist nicht von dem Fixierungselement 205 abgedeckt, wie in Fig. 3b gezeigt.
Die Verschlussnaht 135 weist in Richtung der Auffangkammer 210, die sich im Unterschied zu Fig. 2a größtenteils entlang nur einer Seite der
Bodenausnehmung 125 erstreckt. Ferner reicht die Verschlussnaht 135 teilweise in den Kanal 215 hinein, wie in Fig. 3b gezeigt.
Die in Fig. 3b gezeigte Einheit 100 ist zudem deutlich schmaler ausgeführt als die in Fig. 2b gezeigte Einheit 100.
In Fig. 3c sind drei verschiedene Auslenkungszustände ZI, Z2, Z3 der Folie 115 je mit gestrichelten Linien dargestellt. Beim Anlegen des Drucks an der Öffnung 140 wölbt sich die Folie 115 in den Auslenkungsbereich 145 hinein. In einem Ruhezustand ZO erstreckt sich die Folie 115 senkrecht zur Krafteinleitungsfläche 130. In einem ersten Auslenkungszustand ZI und einem zweiten
Auslenkungszustand Z2 hat die Folie 115 noch keinen Kontakt mit der
Krafteinleitungsfläche 130. In einem dritten Auslenkungszustand Z3 reicht die Folie 115 so weit in die Bodenausnehmung 125 hinein, dass ein Teilabschnitt der Folie 115 gegen die Krafteinleitungsfläche 130 gedrückt wird, um die
Verschlussnaht 135 zu öffnen. Durch das Fixierungselement 205 ist die
Auslenkung der Folie 115 im Wesentlichen auf den Auslenkungsbereich 145 begrenzt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bildet eine Flächennormale der Siegelnaht 135 mit einer Flächennormalen der
Membranebene einen von 0 Grad verschiedenen Winkel. In Fig. 3c ist der Stickpack 120 beispielhaft hochkant in die Kammer 125 integriert. Der Stickpack 120 kann insbesondere derart in der Kammer 125 angeordnet sein, dass die Flächennormale der Siegelnaht 135 mit einer Flächennormalen der
Membranebene einen Winkel im Bereich von 30 bis 60 Grad bildet.
Die Figuren 3a und 3b zeigen ein Design für einen hochkant eingelegten
Stickpack 120. Fig. 3c zeigt verschiedene Auslenkungszustände ZI, Z2, Z3 der
Membran 115 in einer Senkrechtkammer 125 und verdeutlicht eine
Kraftübertragung von der Membran 115 auf eine Seitenfläche 130 des
Stickpacks 120. Um der Membran 115 die Möglichkeit zu geben, den Stickpack 120
auszudrücken, ist ein Expansionsvolumen 145 als Auslenkungsbereich neben dem Stickpack 120 vorgesehen. Somit liegt eine Gesamtbreite aus
Stickpackkammer 125 und Expansionskammer 145 deutlich unter einer Breite bisheriger Konzepte.
Durch die Fixierung der Membran 115 an die Pneumatikebene 105 wird erreicht, dass eine Krafteinwirkung der Membran 115 seitlich auf den Stickpack 120 erfolgt, um die Öffnung der Peel-Naht 135 zu begünstigen. Fig. 4a, 4b, 4c, 4d zeigen schematische Darstellungen einer Einheit 100 zum
Bereitstellen eines Fluids mit einem Fluidbeutel 120 und einem weiteren
Fluidbeutel 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In Fig. 4a ist eine schematische Querschnittsdarstellung der Einheit 100, in Fig. 4b eine Draufsicht auf die Einheit 100 und in den Figuren 4c und 4d ein
Querschnitt der Einheit 100 entlang einer in Fig. 4b eingezeichneten Geraden
CD, die im Wesentlichen einer jeweiligen Querachse der Fluidbeutel 120, 400 entspricht, gezeigt. Wie bereits anhand der Figuren 3a bis 3c beschrieben, sind die Fluidbeutel 120, 400 in den Figuren 4a bis 4c hochkant in der
Bodenausnehmung 125 angeordnet.
Wie in Fig. 4b zu erkennen, sind die Fluidbeutel 120, 400 angrenzend an einander gegenüberliegende Seitenwände der Bodenausnehmung 125 angeordnet. Hierbei ist eine weitere Krafteinleitungsfläche 405 des weiteren Fluidbeutels 400 der Krafteinleitungsfläche 130 des Fluidbeutels 120
gegenüberliegend angeordnet. Zwischen den Krafteinleitungsflächen 130, 405 ist der Auslenkungsbereich 145 ausgebildet. Die Fluidbeutel 120, 400 sind analog zu Fig. 3b größtenteils von dem Fixierungselement 205 abgedeckt.
Der weitere Fluidbeutel 400 weist eine weitere Verschlussnaht 407 auf, die ausgebildet ist, um sich beim Einleiten der Kraft in den weiteren Fluidbeutel 400 zu öffnen.
Die Einheit 100 ist mit einer weiteren Auffangkammer 410 ausgebildet, die über einen weiteren Kanal 415 mit einem Bereich der Bodenausnehmung 125, in dem der weitere Fluidbeutel 400 angeordnet ist, fluidisch verbunden ist. Die weitere Verschlussnaht 407 reicht teilweise in den weiteren Kanal 415 hinein. Die
Auffangkammer 210 ist über den Kanal 215 mit einem Bereich der
Bodenausnehmung 145 verbunden, in dem der Fluidbeutel 120 angeordnet ist.
In Fig. 4c sind die drei Auslenkungszustände ZI, Z2, Z3 der Folie 115 analog zu der in Fig. 3c dargestellten Einheit 100 gezeigt. Hierbei ist die Folie 115 ausgebildet, um beim Anlegen des Drucks an der Öffnung 140 im dritten Auslenkungszustand Z3 sowohl gegen die Krafteinleitungsfläche 130 als auch gegen die weitere Krafteinleitungsfläche 405 gedrückt zu werden, um den Fluidbeutel 120 und den weiteren Fluidbeutel 400 zu öffnen.
Die Bodenausnehmung 125 weist ferner zwei parallel zueinander angeordnete rillenartige Vertiefungen 410 auf. In die Vertiefungen 410 sind je die Fluidbeutel 120, 400 hineingestellt. Die Vertiefungen 410 sind beispielsweise ausgebildet, um die Fluidbeutel 120, 400 zu stabilisieren. Optional erfüllen die Vertiefungen 410 die Funktion der Kanäle 215, 415.
Um ein besseres Ausdehnungsverhalten der Membran 115 zu erreichen, ist die Bodenausnehmung 125 als eine Doppelkammer ausgeführt, in der sich zwei Stickpacks 120, 400 eine Expansionskammer 145 teilen. Durch konstruktive Maßnahmen im Bereich eines Fluidauslasses in Form der Peel-Naht 135 wird eine Vermischung von Flüssigkeiten vermieden.
Der Stickpack 120 kann nach der Peel- Naht 135 einen Schlauchfortsatz aufweisen, der so hergestellt ist, dass der Stickpackschlauch nicht direkt an der Peel-Naht 135, sondern daneben abgeschnitten wird. Dieser Effekt kann auch durch eine entsprechende Ausformung einer Einlegeform realisiert sein.
Optional werden die Stickpacks 120, 400 nachgesiegelt, um ein Verhältnis zwischen Länge und Breite der Stickpacks 120, 400 anzupassen.
Die Stickpacks 120, 400 sind beispielsweise spiegelsymmetrisch zu einer Mittelachse der Doppelkammer 125 in die Doppelkammer 125 eingelegt. Hierbei können die Stickpacks 120, 400 in von 90 Grad abweichenden Winkeln zur Membran 115 positioniert sein. Dadurch lässt sich eine Breite der
Expansionskammer 145 reduzieren und eine Dehnbelastung der Membran 115 verringern. Somit können zwei benachbarte Stickpacks 120, 400 durch eine einzige Membran 115 ausgedrückt werden, ohne dass es zu einer
Durchmischung bereitgestellter Reagenzien kommt.
Fig. 4c zeigt einen Schnitt durch eine senkrechte Doppelkammer 125 entlang einer Geraden CD mit verschiedenen Auslenkungszuständen ZI, Z2, Z3 der Membran 115 und macht eine Kraftübertragung von der Membran 115 auf die Seitenflächen der beiden Stickpacks 120, 400 deutlich.
Im Unterschied zu Fig. 4c stehen die in Fig. 4d gezeigten Folienbeutel 120, 400 nicht senkrecht zueinander, sondern nehmen je einen Winkel zwischen 30 und 60 Grad zur Flächennormalen der Membran 115 ein. Die Folienbeutel 120, 400 liegen somit schräg in der Kammer 125 und schließen mit der Membran 115 in der in Fig. 4d dargestellten Schnittebene ein Trapez oder ein Dreieck ein.
Fig. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500 zum Herstellen einer Einheit zum Bereitstellen eines Fluids gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 500 umfasst einen Schritt 505 des Bereitstellens eines Deckelelements, eines Bodenelements mit zumindest einer
Bodenausnehmung, einer Folie sowie zumindest eines Fluidbeutels mit einer Krafteinleitungsfläche zum Einleiten einer Kraft in den Fluidbeutel. Ferner umfasst das Verfahren 500 einen Schritt 510 des Bildens eines Verbunds aus dem Deckelelement, dem Bodenelement, der Folie und dem Fluidbeutel. Hierbei wird die Bodenausnehmung dem Deckelelement gegenüberliegend angeordnet, die Folie zumindest im Bereich der Bodenausnehmung zwischen dem
Deckelelement und dem Bodenelement angeordnet und der Fluidbeutel gefaltet in der Bodenausnehmung angeordnet und/oder derart in der Bodenausnehmung angeordnet, dass in einem Ruhezustand der Folie die Krafteinleitungsfläche und eine Haupterstreckungsebene der Folie in unterschiedliche Richtungen orientiert sind. Ferner ist hierbei die Folie ausgebildet, um beim Leiten eines Drucks in die Bodenausnehmung durch den Druck gegen die Krafteinleitungsfläche gedrückt zu werden, um die Kraft in den Fluidbeutel einzuleiten. Schließlich weist hierbei der Fluidbeutel zumindest eine Verschlussnaht auf, die ausgebildet ist, um sich beim Einleiten der Kraft zu öffnen.
Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 600 zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 600 umfasst eine Einheit 605, die ausgebildet ist, um ein
Deckelelement, ein Bodenelement mit zumindest einer Bodenausnehmung, eine
Folie sowie zumindest einen Fluidbeutel mit einer Krafteinleitungsfläche zum Einleiten einer Kraft in den Fluidbeutel bereitzustellen. Mit der Einheit 605 ist eine Einheit 610 verbunden, die ausgebildet ist, um einen Verbund aus dem
Deckelelement, dem Bodenelement, der Folie und dem Fluidbeutel zu bilden. Hierbei ist die Einheit 610 ausgebildet, um die Bodenausnehmung dem
Deckelelement gegenüberliegend anzuordnen, die Folie zumindest im Bereich der Bodenausnehmung zwischen dem Deckelelement und dem Bodenelement anzuordnen und den Fluidbeutel gefaltet in der Bodenausnehmung anzuordnen und/oder derart in der Bodenausnehmung anzuordnen, dass in einem
Ruhezustand der Folie die Krafteinleitungsfläche und eine
Haupterstreckungsebene der Folie in unterschiedliche Richtungen orientiert sind. Ferner ist hierbei die Folie ausgebildet, um beim Leiten eines Drucks in die Bodenausnehmung durch den Druck gegen die Krafteinleitungsfläche gedrückt zu werden, um die Kraft in den Fluidbeutel einzuleiten. Schließlich weist hierbei der Fluidbeutel zumindest eine Verschlussnaht auf, die ausgebildet ist, um sich beim Einleiten der Kraft zu öffnen.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
Ferner können die hier vorgestellten Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge 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.

Claims

Ansprüche
1. Einheit (100) zum Bereitstellen eines Fluids für eine biochemische
Analysevorrichtung, wobei die Einheit (100) folgende Merkmale aufweist: ein Deckelelement (105); ein Bodenelement (110) mit zumindest einer Bodenausnehmung (125), wobei die Bodenausnehmung (125) dem Deckelelement (105) gegenüberliegend angeordnet ist; eine Folie (115), die zumindest im Bereich der Bodenausnehmung (125) zwischen dem Deckelelement (105) und dem Bodenelement (110) angeordnet ist; und zumindest einen Fluidbeutel (120) mit einer Krafteinleitungsfläche (130) zum Einleiten einer Kraft in den Fluidbeutel (120), wobei der Fluidbeutel (120) gefaltet in der Bodenausnehmung (125) und/oder derart in der Bodenausnehmung (125) angeordnet ist, dass in einem Ruhezustand (Z0) der Folie (115) ohne Druckeinwirkung auf die Folie (115) die Krafteinleitungsfläche (130) und eine Haupterstreckungsebene der Folie (115) in unterschiedliche Richtungen orientiert sind, wobei die Folie (115) ausgebildet ist, um bei Druckeinwirkung auf die Folie (115) in die Richtung der Bodenausnehmung (125) gegen die Krafteinleitungsfläche (130) gedrückt zu werden, um die Kraft in den Fluidbeutel (120) einzuleiten, und wobei der Fluidbeutel (120) zumindest eine
Verschlussnaht (135) aufweist, die ausgebildet ist, um sich beim
Einleiten der Kraft zu öffnen.
2. Einheit (100) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Fluidbeutel (120) zumindest eine vorgegebene Faltstelle (200) zum Falten des Fluidbeutels (120) aufweist, insbesondere wobei die Faltstelle (200) zumindest teilweise durch eine Siegelnaht realisiert ist.
Einheit (100) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
Fluidbeutel (120) die Faltstelle (200) zumindest teilweise entlang einer Symmetrieebene (ES) und/oder einer Symmetrieachse des Fluidbeutels (120) aufweist.
Einheit (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche,
gekennzeichnet durch ein Fixierungselement (205), das ausgebildet ist, um die Folie (115) im Bereich der Bodenausnehmung (125) zumindest teilweise an dem Deckelelement (105) zu fixieren.
Einheit (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche,
gekennzeichnet durch zumindest eine Auffangkammer (210, 410), die in dem Deckelelement (105) und/oder dem Bodenelement (110) ausgebildet ist, um beim Öffnen der Verschlussnaht (135) das Fluid aufzufangen.
Einheit (100) gemäß Anspruch 5, gekennzeichnet durch zumindest einen Kanal (215, 415), der in dem Deckelelement (105) und/oder dem Bodenelement (110) ausgebildet ist, um die Bodenausnehmung (125) und die Auffangkammer (210, 410) fluidisch miteinander zu verbinden, insbesondere wobei die Auffangkammer (210, 410) einen Auslass (220) zum Leiten des Fluids zwischen der Auffangkammer (210, 410) und der Analysevorrichtung aufweist.
Einheit (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafteinleitungsfläche (130) ein
Stabilisierungselement (225) umfasst, wobei die Folie (115) ausgebildet ist, um beim Leiten des Drucks in die Bodenausnehmung (125) gegen das Stabilisierungselement (225) gedrückt zu werden, um die Kraft in den Fluidbeutel (120) einzuleiten. Einheit (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche,
gekennzeichnet durch zumindest einen weiteren Fluidbeutel (400) mit einer weiteren Krafteinleitungsfläche (405) zum Einleiten einer weiteren Kraft in den weiteren Fluidbeutel (400), wobei der weitere Fluidbeutel (400) gefaltet in der Bodenausnehmung (125) angeordnet ist und/oder derart in der Bodenausnehmung (125) angeordnet ist, dass im
Ruhezustand (Z0) der Folie (115) die weitere Krafteinleitungsfläche (405) und die Haupterstreckungsebene der Folie (115) in
unterschiedliche Richtungen orientiert sind, wobei die Folie (115) ausgebildet ist, um beim Leiten des Drucks in die Bodenausnehmung (125) durch den Druck ferner gegen die weitere Krafteinleitungsfläche (405) gedrückt zu werden, um die weitere Kraft in den weiteren
Fluidbeutel (400) einzuleiten, und wobei der weitere Fluidbeutel (400) zumindest eine weitere Verschlussnaht (407) aufweist, die ausgebildet ist, um sich beim Einleiten der weiteren Kraft zu öffnen.
Einheit (100) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Krafteinleitungsfläche (130) und die weitere Krafteinleitungsfläche (405) einander gegenüberliegend angeordnet sind und/oder die
Krafteinleitungsfläche (130) und die weitere Krafteinleitungsfläche (405) je in einem spitzen Winkel und/oder rechten Winkel zur
Haupterstreckungsebene der Folie (115) angeordnet sind.
Verfahren (500) zum Herstellen einer Einheit (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verfahren (500) folgende Schritte umfasst:
Bereitstellen (505) eines Deckelelements (105), eines Bodenelements (110) mit zumindest einer Bodenausnehmung (125), einer Folie (115) sowie zumindest eines Fluidbeutels (120) mit einer
Krafteinleitungsfläche (130) zum Einleiten einer Kraft in den Fluidbeutel (120); und
Bilden (510) eines Verbunds aus dem Deckelelement (105), dem Bodenelement (110), der Folie (115) und dem Fluidbeutel (120), wobei die Bodenausnehmung (125) dem Deckelelement (105)
gegenüberliegend angeordnet wird, wobei die Folie (115) zumindest im Bereich der Bodenausnehmung (125) zwischen dem Deckelelement (105) und dem Bodenelement (110) angeordnet wird, wobei der Fluidbeutel (120) gefaltet in der Bodenausnehmung (125) angeordnet wird und/oder derart in der Bodenausnehmung (125) angeordnet wird, dass in einem Ruhezustand (Z0) der Folie (115) die
Krafteinleitungsfläche (130) und eine Haupterstreckungsebene der Folie (115) in unterschiedliche Richtungen orientiert sind, wobei die Folie (115) ausgebildet ist, um beim Leiten eines Drucks in die
Bodenausnehmung (125) durch den Druck gegen die
Krafteinleitungsfläche (130) gedrückt zu werden, um die Kraft in den Fluidbeutel (120) einzuleiten, und wobei der Fluidbeutel (120) zumindest eine Verschlussnaht (135) aufweist, die ausgebildet ist, um sich beim Einleiten der Kraft zu öffnen.
11. Vorrichtung (600), die ausgebildet ist, um alle Schritte eines Verfahrens (500) gemäß Anspruch 10 durchzuführen.
12. Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines
Verfahrens (500) gemäß Anspruch 10 durchzuführen.
13. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm gemäß Anspruch 12.
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