Die Erfindung betrifft eine Anordnung aus einer Vielzahl von Trägerelementen für ein Reagenz, das über das jeweilige Trägerelement in eine mikrofluidische Einrichtung, insbesondere Flusszelle, einzubringen ist, und aus einer die Vielzahl von Trägerelementen aufnehmenden Halterung, wobei das jeweilige Trägerelement durch die Halterung unter Freihaltung wenigstens eines das Reagenz aufnehmenden Bereichs des Trägerelements in sämtlichen Raumrichtungen durch Formschluss festgelegt ist und wobei die Trägerelemente pfropfenartig mit nur einem Reagenzaufnahmebereich an einer Stirnseite und einer einen Handhabungsbereich umfassenden Aufweitung an der anderen Stirnseite ausgebildet sind und wobei die Halterung eine Trägerplatte mit Durchgangsöffnungen, in welche die Trägerelemente mit dem Reagenzaufnahmebereich voran einsetzbar sind, aufweist.

Im Zuge der Herstellung Reagenzien enthaltender mikrofluidischer Flusszellen (Lab on chip) hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Einbringung der Reagenzien in einer späten Produktionsphase mit Hilfe gesonderter, abschließend in die Flusszelle einzubauender Trägerelemente durchzuführen. Beeinträchtigungen eingebrachter Reagenzien, z.B. durch nachträgliche Klebe- oder Schweißarbeiten, lassen sich so vermeiden.

Aus der EP 2 821 138 A1 geht eine Flusszelle hervor, die zum Einbringen eines Trockenreagenz durch ein Trägerelement einen nach außen öffnenden Durchgang aufweist. Durch abschließendes Einsetzen des das Trockenreagenz aufnehmenden Trägerelements in den Durchgang gelangt das Trockenreagenz an die vorgesehene Stelle innerhalb der Flusszelle und das Trägerelement verschließt fluiddicht den Durchgang. Die obengenannte EP 2 821 138 A1 beschreibt ferner eine Halterung, welche im Prozess der Flusszellenfertigung eine Vielzahl mit dem Trockenreagenz versehener Trägerelemente zur Verarbeitung bereithält.

Eine Anordnung aus einer Trägerplatte und Trägerelementen geht aus der US 2016/167040 A1 hervor. Die Trägerplatte mit Durchgangsöffnungen nimmt pfropfenartige Trägerelemente in einer Rasteranordnung auf, wobei die Trägerelemente an einem Stirnende einen Aufnahmebereich für ein Reagenz und am anderen Stirnende eine durch eine flanschartige Aufweitung gebildeten Handhabungsbereich aufweisen.

Die EP 1 792 654 A1 beschreibt Trägerelemente in Form einer sich aufweitenden Küvette. Die beidseitig offenen Küvetten sind in Durchgangsöffnungen in einer Trägerplatte einsteckbar, wobei jeweils ein Flansch der Küvetten gegen die Trägerplatte anschlägt.

Eine Anordnung mit den eingangs erwähnten Merkmalen ist der IT MI20 112 073 A zu entnehmen. Daraus gehen in Durchgangsöffnungen einer zweiteiligen Halterungsplatte eingesetzte Kammern zur Aufnahme von Zellkulturen hervor. Die Kammern sind in den Durchgangsöffnungen durch seitlich zwischen den Plattenteilen vorstehende, jeweils einen Kanal enthaltende Anschlussstutzen festgelegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Fertigung Reagenzien enthaltender mikrofluidischer Flusszellen zu erleichtern.

Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung der eingangs erwähnten Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Aufweitung der Trägerelemente durch einen Flansch gebildet ist und die Trägerelemente in die Durchgangsöffnung bis zum Anschlag des Flansches gegen die Trägerplatte einführbar sind, wobei in der Anschlagstellung die Trägerelemente mit dem Reagenzaufnahmebereich von der Trägerplatte vorstehen, und dass an dem Flansch auf seiner der Trägerplatte abgewandten Seite eine allen Trägerelementen gemeinsame, mit der Trägerplatte verbundene Halteplatte oder ein gesonderter, jeder der Durchgangsöffnungen zugeordneter Verriegelungsmechanismus angreift.

Vorteilhaft lässt sich eine solche Anordnung nach der Erfindung sowohl zur Bearbeitung der Trägerelemente, insbesondere zur Aufbringung des Trockenreagenz und ggf. Oberflächenfunktionalisierung, als auch zur Bereithaltung der bearbeiteten Trägerelemente für die Weiterverarbeitung im Fertigungsprozess der Flusszellen nutzen. Die Trägerelemente bleiben in jeder Bearbeitungsstellung an der Halterung fixiert. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung lässt sich eine effiziente Prozesskette bilden.

Erfindungsgemäß ist das Trägerelement durch die Halterung unter Freihaltung eines weiteren Bereichs festgelegt, insbesondere eines von dem Aufnahmebereich für das Trockenreagenz abgesetzten Handhabungsbereichs. So kann der freigehaltene Handhabungsbereich im Rahmen der Bearbeitung der Trägerelemente z.B. beschriftet oder markiert werden.

Erfindungsgemäß ist das Trägerelement pfropfenartig mit dem Aufnahmebereich an einem Stirnende und einem Handhabungsbereich am anderen Stirnende ausgebildet, wobei an dem anderen Ende die Aufweitung gebildet ist.

Die Halterung nimmt die Trägerelemente vorzugsweise unter Anordnung in einer Ebene und insbesondere in einer Rasteranordnung auf.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Trägerelement durch die Halterung spielbeweglich festgelegt. Insbesondere besteht ein Spiel des Trägerelements in der Halterung derart, dass sich das Trägerelement nach Lösung des Formschlusses aus der Halterung ohne Kraftaufwand entnehmen lässt. Dies erleichtert erheblich seine Weiterverarbeitung im Rahmen eines ggf. automatisierten Fertigungsprozesses.

Erfindungsgemäß umfasst die Halterung eine Trägerplatte mit Durchgangsöffnungen, in welche die Trägerelemente mit dem Aufnahmebereich voran einsetzbar sind, wobei die Trägerelemente jeweils in den Durchgangsöffnungen durch die in Einsteckrichtung hinter den Flanschen angeordnete, mit der Trägerplatte verbundene Halteplatte festgelegt sind. Durch Verbindung mit einer solchen, allen Trägerelementen gemeinsamen Halteplatte lässt sich eine Vielzahl vorab in die Durchgangsöffnungen eingesteckter Trägerelemente in der Halterung in einem einzigen Arbeitsgang fixieren.

Vorzugsweise weist auch die Halteplatte Durchgangsöffnungen auf, die zu den in die Durchgangsöffnungen in der Trägerplatte eingesetzten Trägerelementen ausgerichtet sind. So bleibt wenigstens ein Teil des Handhabungsbereichs für eine Bearbeitung frei zugänglich.

Die Trägerplatte ist vorzugsweise mit einem Rahmen verbunden und insbesondere in den Rahmen hinein eingesenkt angeordnet.

Zweckmäßig ist auch die Halteplatte in den Rahmen hinein versenkbar und lässt sich vorzugsweise unter Einrastung mit dem Rahmen verbinden.

Der Rahmen weist vorzugsweise solche Abmessungen auf, dass die Reagenzaufnahmebereiche der Trägerelemente in den Rahmen hinein versenkt angeordnet sind. Vorteilhaft erlaubt diese Anordnung, mit belegten Trägerelementen versehene Halterungen ohne Beeinträchtigung der Trockenreagenzien platzsparend zu stapeln.

Alternativ zu der Halteplatte kann erfindungsgemäß jeder Durchgangsöffnung der Trägerplatte ein gesonderter Verriegelungsmechanismus zur Festlegung des Trägerelements in sämtlichen Raumrichtungen zugeordnet sein, wobei dieser Verriegelungsmechanismus z.B. elastische, hinter der Aufweitung einrastende Rasthebel, insbesondere in paarweise diametraler Anordnung, mit einer Gleitschräge zur Entriegelung aufweist. Die Gleitschrägen können zueinander derart ausgerichtet sein, dass mit Hilfe eines Stempelwerkzeugs gleichzeitig eine Entriegelung aller Rasthebel erfolgen kann.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Trägerplatte mehrteilig aus Trägerplattenteilen gebildet. Entsprechend weist der Rahmen mehrere, die Platten, z.B. unter Einrastung, aufnehmende Fächer auf.

In einer Ausführungsform sind die Trägerplatte und der Rahmen einstückig aus einer tiefgezogenen Folie gebildet. Insbesondere sind Halterbereiche aus Rahmen und Trägerplatten aus tiefgezogener Folie zu einem Band miteinander verbunden und die Halteplatte als durchgehendes Folienband ausgebildet. Eine solche Anordnung ist aufrollbar und eine Vielzahl vorbereiteter, mit einem Trockenreagenz versehener Trägerelemente lässt sich, wie bei Stapelung der Anordnungen, in kompakter Form bereithalten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden, sich auf diese Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

eine erfindungsgemäße Anordnung in Explosionsdarstellung in perspektivischer Ansicht,

Fig. 2

in der Anordnung von Fig. 1 verwendete Reagenzträgerelemente in verschiedenen perspektivischen Ansichten,

Fig. 3

die Anordnung von Fig. 1 in einer weiteren perspektivischen Ansicht in Explosionsdarstellung,

Fig. 4 und 5

die Anordnung von Fig. 1 im zusammengebauten Zustand in verschiedenen perspektivischen Ansichten,

Fig. 6 und 7

Details der Anordnung von Fig. 4 und 5,

Fig. 8

mehrere der Anordnungen von Fig. 4 und 5 im gestapelten Zustand,

Fig. 9 und 10

weitere Ausführungsbeispiele für eine erfindungsgemäße Anordnung in perspektivischen Ansichten,

Fig. 11

einen alternativen Haltermechanismus für Reagenzträgerelemente, und

Fig. 12 bis 15

ein drittes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Anordnung mit einer teilweise aus tiefgezogenem Folienmaterial hergestellten Halterung.

Eine in den Figuren 1 bis 8 dargestellte Anordnung umfasst Trägerelemente 1 für ein Reagenz, das in eine (nicht gezeigte) mikrofluidische Flusszelle einzubringen ist, und eine die Trägerelemente 1 in einer ebenen Rasteranordnung aufnehmende Halterung 2. Zur Herstellung der Trägerelemente 1 und der Teile der Halterung 2, insbesondere durch Spritzgießen, kommen z.B. Kunststoffe wie PP, PMMA, PC, PS, PE und PEEK in Betracht, darüber hinaus aber auch Glas, Metall, Keramik, Verbundwerkstoffe oder Kombinationen aus verschiedenen Materialien wie z.B. ein Kunststoffkörper mit einer lokalen oder vollständigen Glas- oder Metallbeschichtung.

Wie insbesondere Fig. 2 erkennen lässt, sind die Trägerelemente 1 pfropfenartig mit einem leicht konischen Abschnitt 3 und einer Aufweitung 4 in Form eines Flansches an einem Stirnende ausgebildet. Eine in dem Beispiel ringförmige Einsenkung am anderen Stirnende bildet einen Aufnahmebereich 5 für das Reagenz.

Der mehrteilige Halter 2 umfasst eine Trägerplatte 6 und eine die Trägerelemente 1 an der Trägerplatte 6 fixierende Halteplatte 7.

Die Trägerplatte 6 ist in dem Beispiel einstückig mit einem Rahmen 8 verbunden, wobei der Rahmen 8 auf beiden Seiten der Trägerplatte 6 von der Trägerplatte 6 senkrecht zur Plattenebene vorsteht. Das heißt, die Trägerplatte 6 ist in den Rahmen 8 hinein versenkt.

Wie die Figuren erkennen lassen, weist der Rahmen 8 verteilt über seinen Umfang verstärkende Sicken und Rippen auf.

In der Trägerplatte 6 in einem Raster gebildete Durchgangsöffnungen 9 dienen der Aufnahme der Trägerelemente 1, die in die Durchgangsöffnungen 9 bis zum Anschlag der Aufweitung 4 gegen die Trägerplatte 6 einsteckbar sind. In letzterem Zustand (Fig. 4) steht der Aufnahmebereich 5 von der Trägerplatte 6 vor und das Trägerelement 1 hat in der Durchgangsöffnung 9 ein geringeres Spiel parallel zur Plattenebene. Das Spiel beträgt vorzugsweise weniger als 0,1 mm, insbesondere 0,05 mm. Der Aufnahmebereich 5 der Trägerelemente 1 ist gegenüber einer zur Plattenebene parallelen Oberfläche 21 des Rahmens 8 zurückversetzt.

Die Halteplatte 7 bildet in Einsteckrichtung hinter der Aufweitung 4 der Trägerelemente 1 eine Sperre, so dass die Trägerelemente 1 in der Halterung 2 in sämtlichen Raumrichtungen, von dem leichten Spiel parallel zur Plattenebene abgesehen, festgelegt sind.

Wie insbesondere Fig. 6 und 7 erkennen lassen, weist die Halteplatte 7 zu den Durchgangsöffnungen 9 ausgerichtete Durchgangsöffnungen 10 auf, über welche das aufgeweitete Stirnende der gehalterten Trägerelemente 1, das einen Handhabungsbereich für die Trägerelemente 1 bildet, zumindest teilweise zugänglich ist.

Die Halteplatte 7 ist über elastische Rastelemente 11 und 12 an dem Rahmen 8 einrastbar. Auf ihrer der Trägerplatte 6 abgewandten Seite weist die Halteplatte 7 eine Materialhäufung meidende, stabilisierende Wabenstruktur 13 auf. Die Halteplatte 7 ist im eingerasteten Zustand in den Rahmen 8 hinein versenkt.

Der Rahmen 8 weist einen umlaufend aufgeweiteten Endrand 14 auf, der einen Stapelsitz 15 bildet, auf dem eine in einem Stapel gemäß Fig. 8 benachbarte Anordnung mit der Rahmenoberfläche 21 aufliegt. Wie Fig. 8 zeigt, lassen sich Stapelpakete bilden, in denen durch den Versatz der Aufnahmebereiche 5 zu der Oberfläche 21 die Reagenzien vor Berührung geschützt sind. Die Stapelpakete lassen sich in Folien einschweißen und ggf. vakuumieren oder unter Schutzgas setzen.

Fig. 9 zeigt eine gegenüber der Ausführungsform von Fig. 1 verkleinerte Ausführungsform.

Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer aus vier Trägerplattenteilen 16 gebildeten Trägerplatte, wobei die Trägerplattenteile 16 in einen Querstreben 17 aufweisenden Rahmen 8 einclipsbar sind. Ebenso sind vier einclipsbare Halteplattenteile 18 gebildet, die in dem Beispiel zu den Trägerplattenteilen 16 deckungsgleich sind. Bei den Trägerplattenteilen 16 und Halteplattenteilen 18 handelt es sich z.B. um metallische, ggf. geätzte Stanzteile.
Fig. 10 zeigt ein leeres Rahmenfach, ein Rahmenfach mit einem Trägerplattenteil 16, ein Rahmenfach mit einem bestückten Trägerplattenteil 16 und ein Rahmenfach mit einem (nicht sichtbaren) Trägerplattenteil 16 und einem Halteplattenteil 18.

Fig. 11 zeigt eine einstückig mit einem Rahmen 8 verbundene Trägerplatte 6 mit Durchgangsöffnungen 9, wobei jeder einzelnen Durchgangsöffnung 9 ein gesonderter Haltemechanismus für ein Trägerelement 1 zugeordnet ist, durch den sich eine sämtlichen Trägerelementen 1 gemeinsame Halteplatte erübrigt.

In dem gezeigten Beispiel weist jeder Haltemechanismus vier, einstückig mit der Trägerplatte 6 verbundene, elastisch abbiegbare Rasthebel 19 in paarweise diametraler Anordnung auf, die hinter der Aufweitung 4 des betreffenden Trägerelements 1 einrasten und das Trägerelemente 1 hintergreifen. Die einander paarweise diametral gegenüberliegenden Rasthebel 19 weisen jeweils eine Gleitschräge 20 auf, so dass durch ein Stempelwerkzeug eine gemeinsame Aufspreizung aller vier Rasthebel und dadurch Lösung der Verriegelung möglich ist.

Die Figuren 12 bis 15 zeigen ein Ausführungsbeispiel, dessen Halterungsteile nicht wie bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen durch Spritzgießen oder Drucken oder aus Metall sondern allein aus Folienmaterial hergestellt sind.

Die gezeigte Anordnung umfasst ein Band, in dem durch Tiefziehen in Bandlängsrichtung aufeinanderfolgende Haltebereiche 25 mit Rahmen 8 und Trägerplatten 6 gebildet und Durchgangsöffnungen 9 für die Aufnahme von Trägerelementen 1 in die Trägerplatten 6 gestanzt sind. Das tiefgezogene Band weist perforierte Ränder 22 auf, wobei in die Perforationslöcher Transportmittel eingreifen können.

Eine die Trägerelemente 1 in der Trägerplatte 6 festhaltende Halteplatte ist durchgehend als Folienband 24 ausgeführt und mit dem die Trägerplatten 6 enthaltenden Band verklebt. Eine als Band durchgehende Abdeckung 23 deckt die zurückgesetzt freiliegenden Aufnahmebereiche der Trägerelemente 1 ab.

Die in Fig. 15 komplett mit der Abdeckung 23 gezeigte Anordnung ist in ihrer Gesamtheit aufrollbar.