FLUIDISCHES SYSTEM ZUR BLASENFREIEN BEFÜLLUNG EINER MIKROFLUIDISCHEN FILTERKAMMER

Beschreibung

[0001] Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine mikrofluidische Filterkammer mit einem regulierbaren Entlüftungskanal und deren Verwendung. Die Erfindung betrifft auch ein fluidisches System zur blasenfreien Befüllung einer mikrofluidischen Filterkammer und zum Filtern von Flüssigkeiten, ein Verfahren zum blasenfreien Befüllen einer mikrofluidischen Filterkammer und ein Verfahren zum Filtern von Flüssigkeiten.

Stand der Technik

[0002] In der Molekularbiologie und der molekularen Diagnostik werden oftmals Filtrierungs- oder Festphasen-Extraktionsschritte durchgeführt. Zweck kann z.B. die Akkumulation von Bakterien oder die Aufreinigung von DNA-Fragmenten sein. Je nach Anwendung kommen als Filter Gewebematten oder Partikelschüttungen aus Glas, Silikaten, Oxiden, Polymeren etc. zum Einsatz. Als Bestandteil von Kits sind in Kunststoffröhrchen (sogenannte Tubes) eingepresste Filter kommerziell erhältlich, z.B. QIAquick Purification Kit der Firma Qiagen ®, solche Filter sind bekannt aus der DE10218554A1. Diese Filter werden manuell durch Pipettieren befüllt und dann zentrifugiert.

[0003] Neuerdings wird verstärkt versucht, molekularbiologische Abläufe (sogenannte Assays) in mikrofluidische Systeme zu integrieren. Ein derartiges System wird auch als Lab-on-Chip (LOC) oder Micro-Total-Analysis-System (µTAS) bezeichnet. Zu den Besonderheiten eines LOC-Systems gehören: Die Zeitersparnis bei der Durchführung des Assays. Es werden nur geringere Mengen an Reagenzien und Proben benötigt. Der Arbeitsaufwand für den Bediener wird reduziert. Es gibt weniger Möglichkeiten für den Bediener, Fehler zu machen. Das System kann portabel ausgeführt werden.

[0004] Anwendungen für LOC-Systeme finden sich in der molekularen Diagnostik, in der Umweltanalytik, etc. Eine Möglichkeit, einen Filter in ein mikrofluidisches LOC-System zu integrieren, ist in der US2002/0185431A1 beschrieben. Ein weiterer Aufbau einer Pumpeinheit mit eingebautem Filter ist beispielsweise in der US 6,416,293 B1 angegeben.

Offenbarung der Erfindung

[0005] Gegenstand der Erfindung ist eine mikrofluidische Filterkammer, umfassend einen Filter, einen Entlüftungskanal, einen Einlasskanal und einen Auslasskanal, wobei der Filter zwischen Einlasskanal und Auslasskanal eingefügt ist, wobei der Entlüftungskanal vom Einlasskanal abzweigt, wobei der Durchfluss durch die mikrofluidische Filterkammer mittels eines Ventils im Entlüftungskanal regulierbar ist, und wobei der Entlüftungskanal in den Auslasskanal mündet und der Einlasskanal und der Auslasskanal eine Kanalerweiterung in Form einer variablen trichterförmigen Querschnittsfläche mit einem größeren Querschnitt zum Filter hin aufweisen und wobei die Kanalerweiterung vor dem Filter einen Entlüftungskanal aufweist, welcher in den Auslasskanal mündet.

[0006] Die erfindungsgemäße mikrofluidische Filterkammer und mikrofluidische Systeme, die diese Filterkammer enthalten, weisen folgende vorteilhafte Eigenschaften auf: Die mikrofluidische Filterkammer kann blasenfrei befüllt werden. Es werden beim Befüllen keine Luftblasen eingeschlossen. Ein Verstopfen des Filters wird somit verhindert. Der Filter wird homogen angeströmt. Flüssigkeitsströme können genau reguliert werden. Das vollständige Ausspülen des Filters ist gewährleistet. Es kommt nicht zur Verstopfung von Komponenten oder zum Ablauf unerwünschter Reaktionen. Das Mischen von Flüssigkeiten wird erleichtert. Die Schaumbildung wird verhindert. Der fluidische Widerstand des Systems wird konstant gehalten. In der Filterkammer enthaltene Reagenzien können kontrolliert ausgetauscht werden.

[0007] Erfindungsgemäß umfasst die mikrofluidische Filterkammer ein Ventil zum kontrollierbaren Durchlass durch den Entlüftungskanal. Dies dient dazu, den Durchlass von Flüssigkeit oder Gas zu regulieren.

[0008] Erfindungsgemäß ist die mikrofluidische Filterkammer dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskanal vor und/oder nach dem Filter erweitert ist. Der Einlasskanal vor dem Filter ist erweitert, um ein homogenes Anströmen des Filters mit Flüssigkeiten zu gewährleisten. Der Auslasskanal nach dem Filter ist ebenfalls erweitert.

[0009] Die Erfindung betrifft auch ein fluidisches System, wie in Anspruch 2 definiert, mit mindestens einer erfindungsgemäßen mikrofluidischen Filterkammer. In einer besonderen Ausführungsform betrifft die Erfindung ein fluidisches System umfassend einen Mehrschichtaufbau aus mindestens zwei Schichten und eine mikrofluidische Filterkammer. Die Erfindung betrifft auch ein fluidisches System umfassend einen Mehrschichtaufbau aus mindestens zwei Schichten und eine mikrofluidische Filterkammer umfassend einen Filter, einen Entlüftungskanal, einen Einlasskanal und einen Auslasskanal, wobei der Filter in den Einlasskanal eingefügt ist, und wobei vor dem Filter vom Einlasskanal der Entlüftungskanal abzweigt und wobei der Durchfluss durch den Entlüftungskanal reguliert werden kann, nämlich durch ein Ventil. In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung sind eine oder mehrere Schichten strukturierte Ebenen.

[0010] Eine besondere Ausführungsform der Erfindung betrifft ein fluidisches System umfassend einen Deckel, eine erste strukturierte Ebene und eine zweite strukturierte Ebene, einen Einlasskanal, eine Erweiterung des Einlasskanals, einen Filter, ein Ventil und einen Auslasskanal. Gegebenenfalls kann das fluidische System außerdem eine Kanaldurchführung umfassen.

[0011] Eine weitere besondere Ausführungsform der Erfindung betrifft ein fluidisches System, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen der einen und der anderen Schicht eine elastische Folie befindet oder zwischen der ersten strukturierten Ebene und der zweiten strukturierten Ebene eine elastische Folie befindet.

[0012] In einer besonderen Ausführungsform umfasst das fluidische System zur blasenfreien Befüllung einer mikrofluidischen Filterkammer noch mindestens ein weiteres Ventil.

[0013] Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren, wie in Anspruch 4 definiert, zur blasenfreien Befüllung einer mikrofluidischen Filterkammer, die einen Filter, einen Entlüftungskanal und ein an dem Entlüftungskanal angeordnetes Ventil umfasst, wobei eine Flüssigkeit durch den Einlasskanal zum Filter gepumpt wird, während das Ventil im Entlüftungskanal geöffnet ist, wodurch der Filter kapillar befüllt wird und der Kanalbereich vor dem Filter und ein Teil des Entlüftungskanals befüllt werden, wobei dann der Kanalbereich nach dem Filter befüllt wird, und anschließend das Ventil geschlossen wird.

[0014] Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren, wie in Anspruch 5 definiert, zum Filtern einer Flüssigkeit mit einer mikrofluidischen Filterkammer, wobei zuerst die mikrofluidische Filterkammer blasenfrei mit einer Flüssigkeit nach dem vorgenannten Verfahren befüllt wird, indem eine Flüssigkeit durch den Einlasskanal zum Filter gepumpt wird, während das Ventil im Entlüftungskanal offen ist, dann der Filter kapillar befüllt wird, dann der Kanalbereich vor dem Filter, dann der Entlüftungskanal und dann der Kanalbereich nach dem Filter befüllt wird, und anschließend das Ventil geschlossen wird, und danach die zu filternde Flüssigkeit durch den Einlasskanal einströmt und dann durch den Filter in den Auslasskanal strömt.

[0015] Der Filter kann ein Gewebefilter oder ein Silikafilter sein. Beispielsweise kommen als Filter Gewebematten oder Partikelschüttungen aus Glas, Silikaten, Oxiden oder Polymeren zum Einsatz Grundsätzlich können alle Filter verwendet werden, die sich für fluidische Systeme, insbesondere für mikrofluidische Systeme eignen. Der Radius des Filters wird an die Abmessung der mikrofluidischen Filterkammer angepasst. Er kann zwischen 1 und 25 mm liegen. Vorzugsweise ist der Radius des Filters 2 bis 5 mm, besonders bevorzugt 3,5 mm.

[0016] Fluidische Kanäle sind Kanäle, durch die die Flüssigkeit in einem mikrofluidischen System strömen kann. Die Abmessungen der fluidischen Kanäle werden an die betreffenden Anforderungen angepasst. Zu den fluidischen Kanälen gehören der Einlasskanal, der Auslasskanal, der Entlüftungskanal und die Kanalerweiterung. Zu den fluidischen Kanälen gehört auch die Kanaldurchführung. Die fluidischen Kanäle haben beispielsweise einen Durchmesser bzw. eine Breite von 0,05 bis 2 mm, vorzugsweise von 0,2 bis 1 mm, besonders bevorzugt 0.3 oder 0.5 mm, und eine Tiefe von 0,05 bis 1.5 mm, vorzugsweise von 0,2 bis 1 mm, besonders bevorzugt 0.3 oder 0.5 mm.

[0017] Der Entlüftungskanal ist regulierbar, d.h. der Durchfluss von Flüssigkeit oder Gas durch den Entlüftungskanal kann reguliert werden. Der Entlüftungskanal wird über ein Ventil reguliert. Das Ventil kann geöffnet, teilweise geöffnet oder verschlossen sein.

[0018] Ventile dienen der Regulation der Flüssigkeitsströme in einer fluidischen Filterkammer und in den fluidischen Systemen. Beispielsweise kann eine elastische Folie, die sich zwischen zwei Schichten befindet, als Ventil fungieren. Weitere Beispiele für Ventile sind Drehventile oder externe Magnetventile.

[0019] Die mikrofluidische Filterkammer kann Bestandteil eines fluidischen Systems sein. Das fluidische System kann ein mikrofluidisches System sein. In einer besonderen Ausführungsform befindet sich die mikrofluidische Filterkammer in einer Schicht. In einer anderen besonderen Ausführungsform ist die mikrofluidische Filterkammer in einem Mehrschichtaufbau realisiert. In einer besonderen Ausführungsform handelt es sich um einen Mehrschichtaufbau, der aus mehreren unterschiedlichen Schichten besteht. In einer anderen besonderen Ausführungsform handelt es sich um einen Mehrschichtaufbau, der aus mehreren gleichen Schichten aufgebaut ist. Ein Mehrschichtaufbau umfasst beispielsweise zwei bis zwanzig oder mehr Schichten. Dabei kann sich die mikrofluidische Filterkammer nur in einer Schicht befinden oder sich über mehrere Schichten erstrecken. In einer besonderen Ausführungsform erstreckt sich die mikrofluidische Filterkammer auf zwei oder drei oder mehr Schichten. Die Schicht kann beispielsweise ein Polymer sein. Die Schicht kann beispielsweise aus Polykarbonat, Polypropylen, Polyethylen, Polystyrol oder einem zyklischen Polyolefin bestehen. Die Schicht kann auch aus Glas oder Silizium bestehen. Die Schicht kann strukturiert sein, beispielsweise mittels Spritzguss, Heißprägen, Fräsen, Sandstrahlen oder Ätzen. Einzelne Schichten können deformierbar sein. Beispielsweise kann eine Schicht eine Folie sein, besonders bevorzugt eine elastische Folie, beispielsweise ein Elastomer oder ein thermoplastisches Elastomer, insbesondere ein Polyurethan-basiertes thermoplastisches Elastomer. In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind einzelne Schichten 0,05 bis 10 mm dick. Vorzugsweise haben einzelne Schichten eine Dicke von 0,1 mm, 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, 2,5 mm, 3 mm, 3,5 mm, 4 mm, 4,5 mm, 5 mm.

[0020] In besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind die fluidischen Kanäle an bestimmten Stellen erweitert, d.h. sie weisen dort einen im Vergleich zum Einlasskanal beziehungsweise Auslasskanal größeren Querschnitt oder Durchmesser auf. Der Einlasskanal ist unmittelbar vor dem Filter erweitert um eine homogene Anströmung zu erreichen. Auch ist der Auslasskanal unmittelbar nach dem Filter erweitert. Bei lateraler Anströmung ist der Einlasskanal oder Auslasskanal vor bzw. nach dem Filter beispielsweise über eine Länge von 5 mm bis 10 mm erweitert. Bei transversaler Anströmung befindet sich beispielsweise vor bzw. nach dem Filter eine Kavität, die eine Höhe zwischen 0.5 mm und 2 mm, beispielsweise von 1 mm, hat und im Durchmesser zwischen 0.5 mm und 3 mm, beispielsweise 2 mm, kleiner ist als der Durchmesser des Filters. In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung befinden sich in den Erweiterungen der fluidischen Kanäle sogenannte Phaseguides, d.h. Strukturen (z.B. Kanten), die durch Pinning-Effekte die Befüllung der Kanalerweiterung steuern. Solche Strukturen können sich beispielsweise in der Erweiterung des Einlasskanals befinden, um die Befüllung der Kanalerweiterung zu steuern und eine gleichmäßige Befüllung zu gewährleisten.

[0021] Insbesondere bei der Integration der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Filterkammern in ein mikrofluidisches System wird der zum Filter führende Kanal vor und nach dem Filter erweitert, um in diesen Systemen ein homogenes Anströmen des Filters zu erreichen. Diese Erweiterung wird bevorzugt durch einen Querschnitt der zum Filter führenden Kanäle erreicht. Diese Kanäle sind trichterförmig zum Filter hin geöffnet.

[0022] Bei der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Filterkammer wird zuerst der Kanalbereich vor dem Filter vollständig befüllt. Die Luftblasen können durch den regulierbaren Entlüftungskanal entweichen, wenn das Ventil geöffnet ist. Dadurch ist eine blasenfreie Befüllung des Filters und der Filterkammer möglich. Es wird dadurch vermieden, dass sich bei der Befüllung der Filter schnell kapillar füllt und so das Entweichen der sich vor dem Filter in der Kanalerweiterung befindenden Luft verhindert wird. Kann die Luft nicht entweichen, bleiben vor und gegebenenfalls auch nach dem Filter Luftblasen eingeschlossen. Diese Luftblasen stören die homogene Anströmung des Filters und können außerdem zum kompletten oder teilweisen Verstopfen des Filters und/oder zu Schaumbildung führen, wodurch das vollständige Ausspülen des Filters unmöglich wird. Erfindungsgemäß mündet der Entlüftungskanal in den Kanalbereich nach dem Filter. Dadurch wird auch dieser Bereich blasenfrei befüllt und ein zusätzlicher fluidischer Anschluss wird eingespart.

[0023] Die mikrofluidische Filterkammer ist in allen fluidischen Systemen einsetzbar, in denen ein Filter eingesetzt wird, beispielsweise in polymeren Lab-on-Chip (LOC)- und Micro-Total-Analysis-Systemen (µTA-Systemen) zur molekularen Diagnostik.

[0024] Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen

Fig. 1a

Schematische Darstellung einer mikrofluidischen Filterkammer 10 Ausführungsform 1.

Fig. 1b

Schematische Darstellung einer mikrofluidischen Filterkammer 10 Ausführungsform 2.

Fig. 2

Schematische Darstellung eines fluidischen Systems (Querschnitt).

Fig. 3

Schematische Darstellung eines fluidischen Systems (Draufsicht).

Fig. 4

Schematische Darstellung eines fluidischen Systems (Seitenansicht).

[0025] Figur 1a zeigt eine schematische Ansicht einer nicht erfindungsgemäßen mikrofluidischen Filterkammer 10 in einer ersten Ausführungsform mit Einlasskanal 1, Kanalerweiterungen 2 und 13, Filter 3, Entlüftungskanal 4, Ventil 5 und Auslasskanal 6, wobei der Entlüftungskanal 4 entweder an die Atmosphäre führt oder in ein separates Reservoir führt. Der Einlasskanal 1 ist zum Filter 3 hin führend zur vor dem Filter 3 liegenden Kanalerweiterung 2 erweitert. An die Kanalerweiterung bzw. innerhalb des Kanals schließt sich der Filter 3 an. An den Filter 3 schließt sich die Kanalerweiterung 13 nach dem Filter 3 an. Die Kanalerweiterung 13 ist in ihrem Querschnitt gegenüber dem Auslasskanal 6 erweitert. Die Kanalerweiterung 2 vor dem Filter 3 und die Kanalerweiterung 13 nach dem Filter 3 sind jeweils trichterförmig ausgebildet. Die trichterförmige Ausbildung ist derart, dass der größere Querschnitt der trichterförmigen Ausbildung zum Filter 3 angeordnet ist. Die Kanalerweiterung 2 vor dem Filter 3weist einen Entlüftungskanal 4 auf. Der Entlüftungskanal 4 weist ein Ventil 5 auf. Das Ventil 5 regelt den Durchfluss von Flüssigkeit oder Gas durch den Entlüftungskanal 4.

[0026] Figur 1b zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen mikrofluidischen Filterkammer 10 in einer zweiten Ausführungsform mit Einlasskanal 1, Kanalerweiterungen 2 und 13, Filter 3, Entlüftungskanal 4, Ventil 5, Auslasskanal 6, wobei der Entlüftungskanal 4 nach dem Filter 3 in den Auslasskanal 6 mündet.

[0027] Entsprechend der ersten Ausführungsform sind auch bei der zweiten Ausführungsform der Einlasskanal 1, die Kanalerweiterung 2 vor dem Filter 3, der Filter 3, die Kanalerweiterung 13 nach dem Filter 3 und der Auslasskanal 6 so angeordnet, dass der Einlasskanal trichterförmig in die Kanalerweiterung 2 vor dem Filter 3 führt, und die Kanalerweiterung 13 nach dem Filter 3 in den Auslasskanal 6 mündet. In der zweiten Ausführungsform ist der Entlüftungskanal 4 sowohl mit der Kanalerweiterung 2 vor dem Filter 3 als auch mit der Kanalerweiterung 13 nach dem Filter 3 verbunden. Der Entlüftungskanal 4 weist ein Ventil 5 auf. Durch das Ventil 5 kann der Durchfluss durch den Entlüftungskanal 4 aus der Kanalerweiterung 2 vor dem Filter 3 und der Kanalerweiterung 13 nach dem Filter 3 geregelt werden.

[0028] Der Einlasskanal 1 vor dem Filter 3 und der Auslasskanal 6 sind nach dem Filter 3 gegenüber dem Querschnitt des übrigen Einlasskanals 1 und Auslasskanals 6 erweitert.

[0029] Die Funktionsweise der mikrofluidischen Filterkammer 10 in der ersten Ausführungsform ist wie folgt:

1. Eine erste Flüssigkeit, z.B. Lösung oder Suspension, wird durch den Einlasskanal 4 zum Filter 3 gepumpt. Das Ventil 5 ist geöffnet.

2. Der Filter 3 befüllt sich kapillar. Im Bereich der Kanalerweiterung 2 befindet sich zunächst noch Luft.

3. Da der Flusswiderstand des Filters 3 deutlich größer ist als der des Entlüftungskanals 4, wird nun zunächst die Kanalerweiterung 2 vor dem Filter 3 und ein Teil des Entlüftungskanals 4 befüllt.

4. Das Ventil 5 wird geschlossen.

5. Das System ist komplett befüllt und der Filtrierungsvorgang beginnt.

[0030] Die Funktionsweise der mikrofluidischen Filterkammer 10 in der erfindungsgemäßen also zweiten Ausführungsform ist wie folgt:

1. Eine erste Flüssigkeit, z.B. Lösung oder Suspension, wird durch den Einlasskanal 1 zum Filter 3 gepumpt. Das Ventil 5 ist geöffnet.

2. Der Filter 3 befüllt sich kapillar. Im Bereich der Kanalerweiterung 2 befindet sich zunächst noch Luft.

3. Da der Flusswiderstand des Filters 3 deutlich größer ist als der des Entlüftungskanals 4, wird nun zunächst die Kanalerweiterung 2 vor dem Filter 3 und der Entlüftungskanal 4 befüllt.

4. Durch den Entlüftungskanal 4 wird die Kanalerweiterung 13 nach dem Filter 3 befüllt.

5. Das Ventil 5 wird geschlossen.

6. Das System ist komplett befüllt und der Filtrierungsvorgang beginnt.

[0031] Die zweite Ausführungsform, d.h. die Ausführungsform, bei der Entlüftungskanal 4 nach dem Filter 3 in den Auslasskanal 6 mündet, hat somit zudem den Vorteil, dass durch den Entlüftungskanal 4 die Kanalerweiterung 13 nach dem Filter 3 vollständig befüllt wird. Da der Flusswiderstand des Entlüftungskanals 4 deutlich geringer ist als der des Filters 3, erfolgt dieser Befüllungsvorgang blasenfrei und deutlich schneller als durch den Filter.

[0032] Es ist möglich, die Filterkammer 10 nach Ablauf der Filtrierung mit einer zweiten Flüssigkeit zu befüllen und dabei die erste Flüssigkeit zu ersetzen. Dazu wird im einfachsten Fall die zweite Flüssigkeit über den Filter 3 gepumpt. Bei dieser Verfahrensweise besteht jedoch die Gefahr, dass in den Kanalerweiterungen (2, 13) vor und nach dem Filter 3 Rückstände der ersten Flüssigkeit zurückbleiben, die später ablaufende Reaktionen stören können. Diese Rückstände können entfernt werden, indem der Entlüftungskanal 4 nochmals kurz geöffnet und mit Flüssigkeit 2 gespült wird.

[0033] Figur 2 zeigt eine mögliche Ausführungsform welche nicht unter den beanspruchten Gegenstand fällt. Dabei ist die mikrofluidische Filterkammer 10 Bestandteil eines mikrofluidischen Systems. Die mikrofluidische Filterkammer 10 ist dabei in einem Mehrschichtaufbau aus drei Polymersubstraten 9, 14, 11 und einer elastischen Folie 12, die sich zwischen der ersten, strukturierten Schicht 11 und der zweiten, strukturierten Schicht 14 befindet, realisiert. Die drei Schichten sind übereinander angeordnet, dabei ist die dritte Schicht 9 über der zweiten Schicht 14 angeordnet, und die zweite Schicht 14 ist über der ersten Schicht 11 angeordnet.

[0034] Figur 2 zeigt einen Einlasskanal 1, mit Kanalerweiterung 2, Filter 3, Kanaldurchführung 7, zusätzlichem Ventil 8, Durchmesser w1 der Kanaldurchführung 7, Tiefe t1 des fluidischen Einlasskanals 1, Dicke t2 der dritten Schicht 9, Dicke t3 der zweiten Schicht 14, Dicke t4 der dritten Schicht 11.

[0035] Figur 3 zeigt dieselbe Ausführung der Erfindung wie Figur 2, aber in der Draufsicht. Die mikrofluidische Filterkammer 10 ist Bestandteil eines mikrofluidischen Systems.

[0036] Figur 3 zeigt einen Einlasskanal 1, mit Kanalerweiterung 2, Filter 3, Belüftungskanal 4, Ventil 5, Auslasskanal 6, Kanaldurchführung 7, zusätzliches Ventil 8, Radius R1 der Kanalerweiterung 2, Radius R2 des Filters 3 und Breite w2 des Auslasskanals 6.

[0037] Figur 4 zeigt dieselbe Ausführung wie Figur 2 und 3, aber in der Seitenansicht. Die mikrofluidische Filterkammer 10 ist Bestandteil eines mikrofluidischen Systems. Sie ist in einem Mehrschichtaufbau aus drei Polymersubstraten 9, 14, 11 und einer elastischen Folie 12, die sich zwischen der ersten, strukturierten Ebene 11 und der zweiten, strukturierten Ebene 14 befindet, realisiert.

[0038] Figur 4 zeigt den Einlasskanal 1, mit Kanalerweiterung 2, Filter 3, Belüftungskanal 4, Ventil 5, Auslasskanal 6, Kanaldurchführung 7 und zusätzlichem Ventil 8.

[0039] Die Funktionsweise der in den Figuren 2, 3 und 4 gezeigten Ausführungsform ist wie folgt:

1. Flüssigkeit strömt durch den Einlasskanal 1 ein. Das Ventil 5 ist geöffnet.

2. Die Flüssigkeit wird durch eine Durchführung 7 in die zweite, strukturierte Ebene 14 gelenkt und erreicht die Kanalerweiterung 2.

3. Der Filter 3 wird kapillar benetzt.

4. Die Flüssigkeit strömt durch den Belüftungskanal 4, der eine weitere Durchführung und ein Ventil 5 beinhaltet, in die erste, strukturierte Ebene 11 zurück und erreicht die Rückseite des Filters 3.

5. Die an der Rückseite des Filters 3 gelegene Kanalerweiterung wird befüllt.

6. Das Ventil 5 wird geschlossen.

7. Die Flüssigkeit strömt durch den Filter 3 in den Auslasskanal 6.

[0040] Beispiele für typische Abmessungen des in den Figuren 2, 3 und 4 gezeigten fluidischen Systems sind:
R1 = 2.5 mm, R2 = 3.5 mm, w1 = 0.5 mm, w2 = 0.3 mm, t1 = 0.3 mm, t2 = 1.5 mm, t3 = 1.5 mm, t4 = 1.5 mm.

Ansprüche

1. Mikrofluidische Filterkammer (10), umfassend einen Filter (3), einen Entlüftungskanal (4), einen Einlasskanal (1) und einen Auslasskanal (6), wobei der Filter (3) zwischen Einlasskanal (1) und Auslasskanal (6) eingefügt ist,
wobei der Entlüftungskanal (4) vom Einlasskanal (1) abzweigt,
wobei der Durchfluss durch die mikrofluidische Filterkammer (10) mittels eines Ventils (5) im Entlüftungskanal (4) regulierbar ist,
wobei der Entlüftungskanal (4) in den Auslasskanal (6) mündet und der Einlasskanal (1) und der Auslasskanal (6) eine Kanalerweiterung (2) in Form einer variablen trichterförmigen Querschnittsfläche mit einem größeren Querschnitt zum Filter hin aufweisen und wobei die Kanalerweiterung (2) vor dem Filter (3) einen Entlüftungskanal (4) aufweist, welcher in den Auslasskanal (6) mündet.

2. Fluidisches System mit einer mikrofluidischen Filterkammer (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Mehrschichtaufbau aus mindestens zwei Schichten (9, 11, 14).

3. Fluidisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen zwei Schichten (11, 14) eine elastische Folie (12) befindet, die als Ventil (5) wirkt.

4. Verfahren zur blasenfreien Befüllung einer mikrofluidischen Filterkammer (10), die einen Filter (3), einen Entlüftungskanal (4) und ein an dem Entlüftungskanal (4) angeordnetes Ventil (5) umfasst, wobei der Entlüftungskanal (4) in den Auslasskanal (6) mündet und der Einlasskanal (1) und der Auslasskanal (6) eine Kanalerweiterung in Form einer variablen trichterförmigen Querschnittsfläche mit einem größeren Querschnitt zum Filter hin aufweisen und wobei die Kanalerweiterung (2) vor dem Filter (3) einen Entlüftungskanal (4) aufweist, welcher in den Auslasskanal (6) mündet, wobei eine Flüssigkeit durch den Einlasskanal (1) zum Filter (3) gepumpt wird, während ein Ventil (5) im Entlüftungskanal (4) geöffnet ist, wodurch der Filter (3) kapillar befüllt wird und der Kanalbereich (2) vor dem Filter (3) und ein Teil des Entlüftungskanals (4) befüllt werden,
wobei dann der Kanalbereich (13) nach dem Filter (3) über den Entlüftungskanal (4) befüllt wird, und
wobei anschließend das Ventil (5) geschlossen wird.

5. Verfahren zum Filtern einer Flüssigkeit mit einer mikrofluidischen Filterkammer (10), wobei zuerst die mikrofluidische Filterkammer (10) blasenfrei nach dem Verfahren nach Anspruch 4 befüllt wird, und danach die zu filternde Flüssigkeit durch den Einlasskanal (1) einströmt und dann durch den Filter (3) in den Auslasskanal (6) strömt.

Claims

1. Microfluidic filter chamber (10) comprising a filter (3), a venting channel (4), an inlet channel (1) and an outlet channel (6), wherein the filter (3) is inserted between the inlet channel (1) and the outlet channel (6),
wherein the venting channel (4) branches off from the inlet channel (1),
wherein the flow through the microfluidic filter chamber (10) is able to be regulated by means of a valve (5) in the venting channel (4),
wherein the venting channel (4) opens into the outlet channel (6), and the inlet channel (1) and the outlet channel (6) have a widened channel portion (2) in the form of a variable funnel-like cross-sectional surface, which has a larger cross section towards the filter, and wherein the widened channel portion (2) before the filter (3) has a venting channel (4) which opens into the outlet channel (6).

2. Fluidic system having a microfluidic filter chamber (10) according to Claim 1, characterized by a multilayer structure composed of at least two layers (9, 11, 14).

3. Fluidic system according to Claim 2, characterized in that an elastic film (12) is situated between two layers (11, 14) and acts as a valve (5).

4. Method for the bubble-free filling of a microfluidic filter chamber (10) which comprises a filter (3), a venting channel (4) and a valve (5) arranged at the venting channel (4), wherein the venting channel (4) opens into the outlet channel (6), and the inlet channel (1) and the outlet channel (6) have a widened channel portion in the form of a variable funnel-like cross-sectional surface, which has a larger cross section towards the filter, and wherein the widened channel portion (2) before the filter (3) has a venting channel (4) which opens into the outlet channel (6), wherein a liquid is pumped through the inlet channel (1) to the filter (3) while a valve (5) in the venting channel (4) is open, whereby the filter (3) is filled by capillary action and the channel region (2) before the filter (3) and a part of the venting channel (4) are filled, wherein then the channel region (13) after the filter (3) is filled via the venting channel (4), and
wherein subsequently the valve (5) is closed.

5. Method for filtering a liquid by way of a microfluidic filter chamber (10), wherein firstly the microfluidic filter chamber (10) is filled in a bubble-free manner according to the method according to Claim 4, and subsequently the liquid to be filtered flows in through the inlet channel (1) and then flows through the filter (3) into the outlet channel (6).

Revendications

1. Chambre de filtration microfluidique (10), comprenant un filtre (3), un canal de désaération (4), un canal d'entrée (1) et un canal de sortie (6),
dans laquelle le filtre (3) est inséré entre le canal d'entrée (1) et le canal de sortie (6),
dans laquelle le canal de désaération (4) est dérivé du canal d'entrée (1),
dans laquelle le débit à travers la chambre de filtration microfluidique (10) peut être réglé au moyen d'une soupape (5) dans le canal de désaération (4),
dans laquelle le canal de désaération (4) débouche dans le canal de sortie (6) et le canal d'entrée (1) et le canal de sortie (6) présentent un élargissement de canal (2) sous la forme d'une surface de section transversale variable en forme d'entonnoir avec une section transversale plus grande en direction du filtre et
dans laquelle l'élargissement de canal (2) présente avant le filtre (3) un canal de désaération (4), qui débouche dans le canal de sortie (6).

2. Système fluidique doté d'une chambre de filtration microfluidique (10) selon la revendication 1, caractérisé par une structure multicouche en au moins deux couches (9, 11, 14).

3. Système fluidique selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il se trouve entre deux couches (11, 14.) une feuille élastique (12), qui fait office de soupape (5).

4. Procédé pour le remplissage sans bulles d'une chambre de filtration microfluidique (10), qui comprend un filtre (3), un canal de désaération (4) et une soupape (5) disposée dans le canal de désaération (4), dans lequel le canal de désaération (4) débouche dans le canal de sortie (6) et le canal d'entrée (1) et le canal de sortie (6) présentent un élargissement de canal sous la forme d'une surface de section transversale variable en forme d'entonnoir avec une section transversale plus grande en direction du filtre et dans lequel l'élargissement de canal (2) présente avant le filtre (3) un canal de désaération (4), qui débouche dans le canal de sortie (6), dans lequel on pompe un liquide à travers le canal d'entrée (1) vers le filtre (3), tandis qu'une soupape (5) dans le canal de désaération (4) est ouverte, grâce à quoi on remplit le filtre (3) capillarité et on remplit la région de canal (2) avant le filtre (3) et une partie du canal de désaération (4), dans lequel on remplit ensuite la région de canal (13) après le filtre (3) par le canal de désaération (4), et dans lequel on ferme ensuite la soupape (5).

5. Procédé pour la filtration d'un liquide avec une chambre de filtration microfluidique (10), dans lequel on remplit d'abord la chambre de filtration microfluidique (10) sans bulles par le procédé selon la revendication 4, puis le liquide à filtrer pénètre à travers le canal d'entrée (1) et s'écoule ensuite à travers le filtre (3) dans le canal de sortie (6).

Zeichnung