Title:
Vorrichtung und Verfahren zur Lagerung und Entleerung von mit Fluid gefüllten Behältern in mikrofluidischen Vorrichtungen
Kind Code:
A1


Abstract:

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100), insbesondere mikrofluidische Vorrichtung (100), zur Aufnahme und fluidischen Kontaktierung eines Behälters (10) für ein Fluid, wobei die Vorrichtung (100) eine Aufnahmeeinheit (200) zur Aufnahme des Behälters (10) umfasst, wobei die Aufnahmeeinheit (200) mindestens eine erste Hohlnadel (211) und mindestens ein Fixierungselement (220) für eine Fixierung des aufgenommenen Behälters (10) in einem vorgegebenen Abstand (250) von der ersten Hohlnadel (211) aufweist, wobei sich die erste Hohlnadel (211) in Richtung des aufgenommenen Behälters (10) erstreckt und wobei das Fixierungselement (220) derart ausgebildet ist, dass bei einer einen vorgegebenen Schwellwert überschreitenden Kraftausübung auf den Behälter (10) in Richtung der ersten Hohlnadel (211) oder auf die Aufnahmeeinheit (200) in Richtung des Behälters (10) die Fixierung des Behälters (10) mit dem Fixierungselement (220) gelöst wird und dadurch eine vorgegebene Bewegung der Aufnahmeeinheit (200) und des Behälters (10) relativ zueinander derart ermöglicht wird, dass die erste Hohlnadel (211) eine Hülle (11) des Behälters (10) für eine fluidische Kontaktierung des Behälters (10) durchdringt.




Inventors:
Brettschneider, Thomas (71229, Leonberg, DE)
Czurratis, Daniel (70825, Korntal-Münchingen, DE)
Application Number:
DE102015218665A
Publication Date:
03/30/2017
Filing Date:
09/29/2015
Assignee:
Robert Bosch GmbH, 70469 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102012222719A1N/A2014-06-12
DE3938559A1N/A



Foreign References:
9089841
5525298
EP1291659
WO2015086741A1
Claims:
1. Vorrichtung (100), insbesondere mikrofluidische Vorrichtung (100), zur Aufnahme und fluidischen Kontaktierung eines Behälters (10) für ein Fluid, wobei die Vorrichtung (100) eine Aufnahmeeinheit (200) zur Aufnahme des Behälters (10) umfasst, wobei die Aufnahmeeinheit (200) mindestens eine erste Hohlnadel (211) und mindestens ein Fixierungselement (220) für eine Fixierung des aufgenommenen Behälters (10) in einem vorgegebenen Abstand (250) von der ersten Hohlnadel (211) aufweist, wobei sich die erste Hohlnadel (211) in Richtung des aufgenommenen Behälters (10) erstreckt und wobei das Fixierungselement (220) derart ausgebildet ist, dass bei einer einen vorgegebenen Schwellwert überschreitenden Kraftausübung auf den Behälter (10) in Richtung der ersten Hohlnadel (211) oder auf die Aufnahmeeinheit (200) in Richtung des Behälters (10) die Fixierung des Behälters (10) mit dem Fixierungselement (220) gelöst wird und dadurch eine vorgegebene Bewegung der Aufnahmeeinheit (200) und des Behälters (10) relativ zueinander derart ermöglicht wird, dass die erste Hohlnadel (211) eine Hülle (11) des Behälters (10) für eine fluidische Kontaktierung des Behälters (10) durchdringt.

2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine Fixierungselement (220) eine Rastnase (221, 222) zum Einrasten eines Teils der Hülle (11) des aufgenommen Behälters (10) umfasst.

3. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aufnahmeeinheit (200) eine zweite Hohlnadel (212) umfasst, welche sich in Richtung des Behälters (10) erstreckt und welche derart angeordnet ist, dass die zweite Hohlnadel (212) bei der vorgegebenen Bewegung der Aufnahmeeinheit (200) und des Behälters (10) relativ zueinander die Hülle (11) des Behälters (10) für ein Einleiten eines Fluids in den Behälter (10) durchdringt.

4. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aufnahmeeinheit (200) eine erste Fläche (201) und eine jeweils mit der ersten Fläche (201) derart verbundene zweite Fläche (202) und dritte Fläche (203) aufweist, dass die Flächen (201, 202, 203) einen Aufnahmeraum (220) für den Behälter (10) U-förmig begrenzen, wobei sich die erste und/oder die zweite Hohlnadel (211, 212) von der ersten Fläche (201) in den Aufnahmeraum (220) erstrecken

5. Vorrichtung (100) nach Anspruch 4, wobei die zweite Fläche (202) und die dritte Fläche (203) derart ausgebildet sind, dass sich der Aufnahmeraum (220) in Richtung der ersten Fläche (201) verjüngt.

6. Vorrichtung (100) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die zweite Fläche (202) ein erstes Fixierungselement (221) und die dritte Fläche (202) ein zweites Fixierungselement (222) für die Fixierung des aufgenommenen Behälters (10) in dem vorgegebenen Abstand (250) von der ersten Hohlnadel (211) aufweisen und wobei eine Länge des kürzesten Abstands zwischen dem ersten Fixierungselement (221) und dem zweiten Fixierungselement (222) zwischen 0,3 cm und 5 cm, bevorzugt zwischen 0,5 cm und 1 beträgt.

7. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste und/oder die zweite Hohlnadel (211, 212) einen um die erste und/oder zweite Hohlnadel (211, 212) angeordneten Dichtring (215, 216) umfassen.

8. Einrichtung (500), insbesondere mikrofluidische Einrichtung (500), mit einer Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einem Aktor (300), wobei zumindest ein Teil (310) des Aktors (300) bezüglich der Vorrichtung (100) beweglich eingerichtet ist, wobei der Aktor (300) derart angeordnet ist, dass bei einer einen vorgegebenen Schwellwert überschreitenden Kraftausübung auf den Teil (310) des Aktors (300) in Richtung der Vorrichtung (100) oder auf die Vorrichtung (100) in Richtung des Aktors (300) durch eine Weiterleitung der Kraftausübung über den Teil (310) des Aktors (300) auf einen in der Aufnahmeeinheit (200) der Vorrichtung (100) aufgenommen Behälters (10) eine Fixierung des Behälters (10) mit dem Fixierungselement (220, 221, 222) gelöst wird und die vorgegebene Bewegung der Aufnahmeeinheit (200) und des Behälters (10) relativ zueinander über eine vorgegebene Bewegung des Teils (310) des Aktors (300) und der Vorrichtung (100) relativ zueinander erfolgt.

9. Einrichtung (500) nach Anspruch 8, wobei der Teil (310) des Aktors (300) eine elastische Schicht oder eine flexible Membran (330) umfasst, welche über einen Kanal (350) des Aktors (300) oder der Vorrichtung (100) mit Druck beaufschlagt werden kann.

10. Einrichtung (500) nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Teil (310) des Aktors (300) mindestens einen Stößel und/oder eine stösselförmige und/oder stempelförmige Ausformung (320) umfasst, wobei der Aktor (300) derart angeordnet ist, dass bei der Kraftausübung zumindest ein Teil (310) der Kraft über eine Berührung des Stößel (320) beziehungsweise der stösselförmigen oder stempelförmigen Ausformung auf einen vorgegebenen Teil der Hülle (11) des Behälters (10) wirkt.

11. Einrichtung (500) nach einem der Ansprüche 8 bis 10 wobei die Einrichtung (500) ferner ein Einlegeelement (400) umfasst, das für eine Kraftübermittlung auf den Behälter (10) zwischen dem aufgenommenen Behälter (10) und dem Aktor (300) angeordnet ist.

12. Einrichtung (500) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Einrichtung (500) ein Rahmenelement (450) umfasst, wobei das Rahmenelement (450) zumindest einen Teil des Aufnahmeelements (200) umrahmt und wobei zumindest ein Teil (451, 452) des Rahmenelements (450) derart ausgeformt ist, dass der Teil (451, 452) des Rahmenelements (450) eine Entnahme eines eine vorgegebene Größe überschreitenden aufgenommenen Behälters (10) verhindert, und wobei die elastische Schicht (330) des Aktors (300) teilweise mit dem Aufnahmeelement (200) verbunden ist und zwischen dem Aufnahmeelement (200) und dem Rahmenelement (450) derart angeordnet ist, dass bei einer über eine vorgegebene Ausdehnung hinausgehenden Ausdehnung der elastischen Schicht (330) in Richtung des Rahmenelements (450) das Aufnahmeelement (200) in Richtung des aufgenommen Behälters (10) für eine fluidische Kontaktierung des Behälters (10) bewegt wird.

13. System umfassend eine Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und einen in der Aufnahmeeinheit (200) der Vorrichtung (100) aufgenommenen Behälter (10), wobei der Behälter (10) zumindest teilweise mit einem Fluid (15) gefüllt ist.

14. Verfahren (800) zur Aufnahme und Entleerung eines Behälters (10) umfassend die Schritte:
• Aufnahme (801) des Behälters (10) in eine Aufnahmeeinheit (200) mit mindestens einer ersten Hohlnadel (211) und Fixieren des Behälters (10) in einer vorgegebenen Beabstandung (250) von der ersten Hohlnadel (211) durch mindestens ein Fixierungselement (220, 221, 222) der Aufnahmeeinheit (200)
• Ausüben (802) einer Kraft auf den Behälter (10) in Richtung der ersten Hohlnadel (211) oder auf die Aufnahmeeinheit (200) in Richtung des Behälters (10), wobei die ausgeübte Kraft einen vorgegebenen Schwellwert für ein Lösen der Fixierung des Behälters (10) überschreitet
• Aufeinanderzubewegen (803) des Behälters (10) und der Aufnahmeeinheit (200), so dass die erste Hohlnadel (211) eine Hülle des Behälters (10) für eine fluidische Kontaktierung des Behälters (10) durchdringt

Description:
Stand der Technik

Lab-on-a-chip-Systeme sind mikrofluidische Vorrichtungen, in denen mehrere Funktionalitäten eines makroskopischen Labors auf einem beispielsweise kreditkartengroßen Kunststoffsubstrat untergebracht sind und komplexe biologische, diagnostische, chemische oder physikalische Prozesse miniaturisiert und zumindest teilweise automatisiert ablaufen können. Die dafür benötigten Flüssigkeiten und Reagenzien können dabei während des Betriebs in eine Kartusche des Lab-on-a-chip-Systems eingebracht oder bereits auf der Kartusche vorgelagert werden.

Aus DE 10 2012 222 719 A1 ist beispielsweise eine mikrofluidische Kartusche bekannt, in welcher ein Folienbeutel, auch Schlauchbeutel genannt, gefüllt mit Fluid vorgelagert ist.

Offenbarung der ErfindungVorteile der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere eine mikrofluidische Vorrichtung, zur Aufnahme und fluidischen Kontaktierung eines Behälters für ein Fluid. Die Vorrichtung umfasst eine Aufnahmeeinheit zur Aufnahme eines Behälters, wobei die Aufnahmeeinheit mindestens eine erste Hohlnadel und mindestens ein Fixierungselement für eine Fixierung des aufgenommenen Behälters in einem vorgegebenen Abstand von der ersten Hohlnadel aufweist.

Die erste Hohlnadel erstreckt sich in Richtung des aufgenommenen Behälters. Das Fixierungselement ist derart ausgebildet, dass bei einer einen vorgegebenen Schwellwert überschreitenden Kraftausübung auf den Behälter in Richtung der ersten Hohlnadel oder auf die Aufnahmeeinheit in Richtung des Behälters die Fixierung des Behälters mit dem Fixierungselement gelöst wird und dadurch eine vorgegebene Bewegung der Aufnahmeeinheit und des Behälters relativ zueinander derart ermöglicht wird, dass die erste Hohlnadel eine Hülle des Behälters für eine fluidische Kontaktierung des Behälters durchdringt.

Unter eine mikrofluidischen Vorrichtung kann insbesondere ein mikrofluidischer Chip, eine mikrofluidische Kartusche oder ein Lab-on-a-chip-System verstanden werden. Unter einem Behälter für ein Fluid kann insbesondere ein Blister oder ein Schlauchbeutel verstanden werden. Der Behälter kann zumindest teilweise mit einem Fluid, beispielsweise mit Flüssigkeiten oder Reagenzien, für in der Vorrichtung durchzuführende Prozesse befüllt sein. Unter einer Hohlnadel kann insbesondere eine Nadel verstanden werden, die zumindest teilweise einen Kanal aufweist, vorzugsweise entlang eines Abschnitts der Längsachse der Nadel, wobei der Kanal zumindest an einem Ende eine Öffnung zu einem Außenbereich um die Nadel aufweist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass für einen Betrieb der Vorrichtung notwendige Flüssigkeiten oder Reagenzien, welche in der Regel für eine langzeitstabile Lagerung ausgelegt sind, gemeinsam mit ihrem jeweiligen Behälter in die Vorrichtung aufgenommen und bis zu einer Verwendung langzeitstabil gelagert werden können. Durch die Aufnahme des Behälters ist es nicht erforderlich, die Vorrichtung selbst mit speziellen Materialien zu versehen, welche sich für eine langzeitstabile Lagerung der Fluide oder Reagenzien durch ausreichende Barriereeigenschaften auszeichnen. Ferner ist vorteilhaft, dass durch die Aufnahme von Fluiden und Reagenzien samt ihrer Behältnisse eine Vielzahl von unterschiedlichen Fluiden in dieselbe Aufnahmeeinheit aufgenommen werden können, da eine langzeitstabile Lagerung durch die mitaufgenommenen Behälter gewährleistet ist. Mit anderen Worten muss keine speziell eingerichtete Vorlagerungskammer in der Vorrichtung vorgesehen werden, welche Anforderungen für eine langzeitstabile Lagerung unterschiedlicher Fluide oder unterschiedlicher Reagenzien erfüllen muss. Von besonderem Vorteil ist auch, dass eine Entleerung des aufgenommenen Behälters erst unmittelbar vor einer Prozessierung durch eine fluidische Kontaktierung mit der ersten Hohlnadel erfolgen kann. Ferner ist von Vorteil, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung mit oder ohne aufgenommenen Behälter auch erst kurz vor einer Prozessierung in eine mikrofluidische Vorrichtung eingeführt werden kann.

Vorzugsweise kann die Vorrichtung auch mehrere Aufnahmeeinheiten zur Aufnahme von Behältern umfassen, so dass mehrere Behälter mit für einen Betrieb der Vorrichtung notwendigen Fluiden oder Reagenzien in der Vorrichtung aufgenommen werden können.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das mindestens eine Fixierungselement eine Rastnase zum Einrasten eines Teils der Hülle des aufgenommenen Behälters. Dies ist besonders vorteilhaft, da durch eine Ausgestaltung einer Breite und/oder eine Tiefe der Rastnase der Schwellwert der Kraftausübung für eine Lösung der Fixierung des Behälters in der Rastnase vorgegeben werden kann. Die Rastnase kann dabei beispielsweise als Vertiefung oder Ausnehmung in dem Fixierungselement oder in einer Fläche der Aufnahmeeinheit ausgeführt sein. Ferner kann die Rastnase beispielsweise als Vertiefung oder Ausnehmung in einer aus dem Fixierungselement oder aus einer Fläche der Aufnahmeeinheit hervorstehenden Wölbung, beispielsweise einer wulstförmigen Erhebung, ausgeführt sein. Dies unterstützt vorteilhafterweise ein Einklipsen oder Einkeilen des Teils der Hülle in die Rastnasen.

Eine Ausformung mindestens eines Fixierungselements als Rastnase ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein Teil der Hülle des aufzunehmenden Behälters bezogen auf eine Umgebung der Hülle vom Behälter absteht, da hierdurch ein Einrasten in die Rastnase des Teils erleichtert ist. Dies ist insbesondere bei Blisterverpackungen der Fall, welche eine Barriere- oder Siegelfolie umfassen, wobei zumindest ein Teil, insbesondere ein Endabschnitt, der Siegel- bzw. Barrierefolie über die restliche Hülle des Blisters hinaussteht und sich damit in besonderer Weise für ein Einrasten in die Rastnase eignet.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Aufnahmeeinheit eine zweite Hohlnadel, welche sich in Richtung des Behälters erstreckt und welche derart angeordnet ist, dass die zweite Hohlnadel bei der vorgegebenen Bewegung der Aufnahmeeinheit und des Behälters relativ zueinander die Hülle des Behälters für ein Einleiten eines Fluids in den Behälter durchdrängt. Durch eine fluidische Kontaktierung des Behälters über die zweite Hohlnadel ist eine besonders effektive Entleerung des Behälters möglich, da ein über die zweite Hohlnadel in den Behälter eingeleitetes Fluid das im Behälter vorgelagerte Fluid über die erste Hohlnadel aus dem Behälter in die Vorrichtung verdrängen kann. Beispielsweise kann das über die zweite Hohlnadel in den Behälter eingeführte Fluid ein Gas, beispielsweise Stickstoff, ein Gasgemisch, beispielsweise Luft, oder eine Flüssigkeit sein. Im Falle einer Flüssigkeit kann vorzugsweise eine Flüssigkeit verwendet werden, die sich nicht mit dem im Behälter befindlichen Fluid mischt. Insbesondere kann durch das Einleiten eines Fluids über die zweite Hohlnadel eine möglichst vollständige Entleerung des Behälters erreicht werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Aufnahmeeinheit eine erste Fläche und eine jeweils mit der ersten Fläche verbundene zweite Fläche und dritte Fläche auf. Die zweite Fläche und die dritte Fläche sind jeweils mit der ersten Fläche derart verbunden, dass die Flächen einen Aufnahmeraum für den Behälter U-förmig begrenzen, wobei sich die erste und/oder die zweite Hohlnadel von der ersten Fläche in den Aufnahmeraum erstrecken. Dies hat den Vorteil, dass ein aufzunehmender Behälter in einfacher Weise über ein oder mehrere auf der zweiten Fläche und/oder dritten Fläche angeordneten Fixierungselemente fixiert werden kann.

Vorzugsweise sind die zweite Fläche und die dritte Fläche derart ausgebildet, dass sich der Aufnahmeraum in Richtung der ersten Fläche verjüngt. Durch eine solche Verjüngung wird vorteilhafterweise erreicht, dass eine Bewegung eines aufgenommenen Behälters in Richtung der ersten und/oder zweiten Hohlnadel ein ansteigender Widerstand entgegenwirkt, sobald der aufgenommene Behälter die zweite und die dritte Fläche berührt. Insbesondere bei einem Blister als Behälter wird dadurch die Siegel- bzw. Barrierefolie unter Spannung gesetzt, was ein Eindringen der ersten oder der zweiten Hohlnadel in den Behälter erleichtert.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen die zweite Fläche ein erstes Fixierungselement und die dritte Fläche ein zweites Fixierungselement für die Fixierung des aufgenommenen Behälters in dem vorgegebenen Abstand von der ersten Hohlnadel auf, wobei eine Länge des kürzesten Abstands zwischen dem ersten Fixierungselement und dem zweiten Fixierungselement zwischen 0,3 Zentimeter und 5 Zentimeter, bevorzugt zwischen 0,5 Zentimeter und 1 Zentimeter beträgt. Da Blister in verschiedenen Standardgrößen verfügbar sind, insbesondere in einer Standardgröße, wobei eine Breite der Siegel- bzw. Barrierefolie 0,5–1,5 Zentimeter beträgt, hat diese Weiterbildung den Vorteil, dass eine Siegel- bzw. Barrierefolie eines Blisters der Standardgröße bei einer Aufnahme des Blisters und eine Fixierung durch die beiden Fixierungselemente eine Biegung erfährt und unter Spannung steht, wodurch ein Eindringen der ersten und/oder zweiten Hohlnadel in den Blister erleichtert wird.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfassen die erste und/oder die zweite Hohlnadel eine um die erste und/oder zweite Hohlnadel angeordneten Dichtring. Dies hat den Vorteil, dass ein Austreten von Fluid aus dem Behälter nach einem Eindringen der ersten und/oder zweiten Hohlnadel um die Einstichstellen an den Außenseiten der Nadeln verhindert wird und somit ein kontrolliertes Entleeren des Fluids durch das Innere der ersten Hohlnadel gewährleistet ist.

Die Erfindung betrifft auch eine Einrichtung, insbesondere eine mikrofluidische Einrichtung, mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und einem Aktor, wobei zumindest ein Teil des Aktors bezüglich der Vorrichtung beweglich eingerichtet ist. Der Aktor ist derart angeordnet, dass bei einer einen vorgegebenen Schwellwert überschreitenden Kraftausübung auf den Teil des Aktors in Richtung der Vorrichtung oder auf die Vorrichtung in Richtung des Aktors durch eine Weiterleitung der Kraftausübung über den Teil des Aktors auf einen in der Aufnahmeeinheit der Vorrichtung aufgenommenen Behälter eine Fixierung des Behälters mit dem Fixierungselement gelöst wird und die vorgegebene Bewegung der Aufnahmeeinheit und des Behälters relativ zueinander über eine vorgegebene Bewegung des Teils des Aktors und der Vorrichtung relativ zueinander erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass für eine Lösung der Fixierung des aufgenommenen Behälters mit den Fixierungselementen eine Kraft nicht direkt auf den Behälter, sondern auf einen Aktor aufgebracht werden kann, der die Kraft entsprechend einer Ausbildung des Aktors auf definierte Stellen des Behälters überträgt. Da über eine Ausformung des Aktors die Kontaktstellen des Aktors mit dem aufgenommenen Behälter definiert werden können, kann über die Ausformung unter Berücksichtigung des vorgegebenen Schwellwerts einer Kraftausübung für eine Lösung des Behälters aus der Fixierung der Fixierungselemente der vorgegebene Schwellwert für die Kraftausübung auf den Teil des Aktors in Richtung der Vorrichtung oder auf die Vorrichtung in Richtung des Aktors festgelegt werden.

Vorzugsweise umfasst der Aktor eine elastische Schicht oder eine flexible Membran, welche über einen Kanal des Aktors oder der Vorrichtung mit Druck beaufschlagt werden kann. Eine solche elastische Schicht beziehungsweise flexible Membran hat den Vorteil, dass eine Kraftübertragung über die elastische Schicht auf den aufgenommenen Behälter aufgrund der Flexibilität der Schicht bzw. Membran besonders gleichförmig und über eine große Kontaktfläche zwischen Schicht bzw. Membran und Behälter erfolgen kann, so dass die übermittelte Kraft beziehungsweise der übermittelte Druck auf eine größere Fläche des Behälters verteilt wird. Dies verringert die Gefahr eines ungewolltes Zerstörens der Hülle in dem Kontaktbereich zwischen Aktor und Behälter.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst der Teil des Aktors mindestens einen Stössel und/oder eine stösselförmige und/oder stempelförmige Ausformung. Der Aktor ist dabei derart angeordnet, dass bei der Kraftausübung zumindest ein Teil der Kraft über eine Berührung des Stössels und/oder der stösselförmigen Ausformung und/oder der stempelförmigen Ausformung auf einen vorgegebenen Teil der Hülle des Behälters wirkt. Insbesondere kann der Aktor derart angeordnet sein, dass der Teil der Kraft auf einen vorstehenden Teil der Hülle des Behälters wirkt. Ein solcher Teil des Aktors hat den Vorteil, dass die Kraftübertragung auf den Behälter über eine vordefinierte Stelle erfolgt. Insbesondere bei einer Verwendung von Blistern als Behältern kann in dieser Weiterbildung eine Kraftübertragung über eine Kraftwirkung des Stössels auf einen vorstehenden Teil der Hülle des Blisters erfolgen und ein anderer Teil der Hülle, insbesondere der das Fluid begrenzende Teil der Hülle, von einer Krafteinwirkung durch den Aktor freigehalten werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Einrichtung ein Einlegeelement, dass für eine Kraftübermittlung auf den Behälter zwischen dem aufgenommenen Behälter und dem Aktor angeordnet ist. Durch eine entsprechende Ausformung des Einlegeelements, wobei das Einlegeelement vorzugsweise eine stössel- oder stempelförmige Ausformung umfasst, kann eine durch den Aktor auf das Einlegeelemente übermittelte Kraftausübung gezielt auf definierte Stellen des aufgenommenen Behälters übertragen werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Einrichtung ein Rahmenelement, wobei das Rahmenelement zumindest einen Teil des Aufnahmeelements umrahmt und wobei zumindest ein Teil des Rahmenelements derart ausgeformt ist, dass der Teil des Rahmenelements eine Entnahme eines eine vorgegebene Größe überschreitenden aufgenommenen Behälters verhindert. Die Ausformung des Teils des Rahmenelements bestimmt dabei eine Mindestgröße für einen in die Aufnahmeeinheit aufzunehmenden Behälter. Die elastische Schicht des Aktors ist in dieser Weiterbildung teilweise mit dem Aufnahmeelement verbunden und zwischen dem Aufnahmeelement und dem Rahmenelement derart angeordnet, dass bei einer über eine vorgegebene Ausdehnung hinausgehenden Ausdehnung der elastischen Schicht in Richtung des Rahmenelements das Aufnahmeelement in Richtung des aufgenommen Behälters für eine fluidische Kontaktierung des Behälters bewegt wird. In dieser Weiterbildung sind somit das Rahmenelement und das Aufnahmeelement gegeneinander bewegbar. Durch die genannte Ausformung des Teils des Rahmenelements wird bei einer Bewegung des Rahmenelements und des Aufnahmeelements in entgegengesetzten Richtungen voneinander vorteilhafterweise der aufgenommene Behälter durch den Teil des Rahmenelements in Richtung der ersten und/oder zweiten Hohlnadel bewegt. Somit kann durch eine Auseinanderbewegung des Rahmenelements und des Aufnahmeelements die fluidische Kontaktierung des Behälters durch das Aufnahmeelement erreicht werden.

Das Rahmenelement kann vorzugsweise eine U-Form aufweisen, wobei ein durch die U-Form gebildeter Raum zur Aufnahme des Aufnahmeelements vorgesehen ist.

Vorzugsweise ist die Ausformung des Teils des Rahmenelements in Form zumindest eines Hakens ausgebildet, wobei der Haken bevorzugt bezüglich eines die Größe überschreitenden Behälters derart angeordnet ist, dass bei der Auseinanderbewegung der Haken einen vorstehenden Teil der Hülle des Behälters kontaktiert und bei einer fortgesetzten Auseinanderbewegung die der Auseinanderbewegung zugrundeliegende Kraft zumindest teilweise in Richtung der ersten und/oder zweiten Hohlnadel auf den Teil der Hülle überträgt.

Vorzugsweise ist zwischen dem Aufnahmeelement und der elastischen Schicht ein Kanal zur Druckbeaufschlagung der elastischen Schicht angeordnet, beispielsweise in Form einer Ausnehmung in dem Aufnahmeelement. Durch diesen Kanal kann vorteilhafterweise ein Überdruck, beispielsweise durch Einleitung eines Fluids in den Kanal, erzeugt werden, um eine Ausdehnung der elastischen Schicht in Richtung des Rahmenelements zu bewirken.

Die Erfindung betrifft auch ein System umfassend eine erfindungsgemäße Vorrichtung und einen in der Aufnahmeeinheit der Vorrichtungen aufgenommenen Behälter, wobei der Behälter zumindest teilweise mit einem Fluid gefüllt ist.

Die Erfindung betrifft ferner auch ein Verfahren zur Aufnahme und Entleerung eines Behälters. In einem ersten Schritt wird der Behälter in eine Aufnahmeeinheit mit mindestens einer ersten Hohlnadel aufgenommenen und in einer vorgegebenen Beabstandung von der ersten Hohlnadel durch mindestens ein Fixierungselement der Aufnahmeeinheit fixiert. In einem zweiten Schritt wird eine Kraft auf den Behälter in Richtung der ersten Hohlnadel oder auf die Aufnahmeeinheit in Richtung des Behälters ausgeübt, wobei die ausgeübte Kraft einen vorgegebenen Schwellwert für ein Lösen der Fixierung des Behälters überschreitet. In einem dritten Schritt werden Behälter und Aufnahmeeinheit aufeinander zubewegt, so dass die erste Hohlnadel eine Hülle des Behälters für eine fluidische Kontaktierung des Behälters durchdringt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente werden gleiche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung der Elemente verzichtet wird.

Es zeigen

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Systems,

2 bis 5 schematische Darstellung von Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Einrichtung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Systems und

6 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Ausführungsformen der Erfindung

1a bis 1c zeigen ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zur Aufnahme und fluidischen Kontaktierung eines Behälters 10 für ein Fluid. In diesem Beispiel handelt es sich bei dem Behälter 10 um einen Blister mit einer Hülle 11, wobei der Blister 10 teilweise mit einer Flüssigkeit 15 gefüllt ist und wobei die Hülle 11 des Blisters 10 eine Barrierefolie 12 umfasst. Eine Entnahme der Flüssigkeit 15 kann vorzugsweise über ein Durchstechen oder Aufreißen der Barrierefolie 12 erfolgen.

Der Blister kann dabei beispielsweise ein Volumen zwischen 100 und 10000 Mikroliter aufweisen. Die Hülle 11 und insbesondere die Barrierefolie 12 können Polymerverbunde mit beispielsweise Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Cyclo-Olefin-Polymer (COP), Cyclo-Olefin-Copolymer (COC), Polymer-Metall-Verbunde mit insbesondere Polyethylenterephthalat (PET)/Aluminium (Al)/PE, PET/AI/PP, AI/PP, AI/PE oder andere Verpackungswerkstoffe umfassen, die eine Diffusionsbarriere für die in den Behälter 10 aufgenommene Flüssigkeit 15 darstellen und eine langzeitstabile Lagerung der Flüssigkeit ermöglichen. Beispielsweise kann die Barrierfolie 12 eine Dicke zwischen 5 und 1000 Mikrometer aufweisen. Vorzugsweise weist die Barrierfolie 12 ferner eine Barriereschicht 13 in einer beispielhaften Dicke von 5 bis 500 Mikrometer auf, welche beispielsweise aufgedampftes Aluminium, Polychlortrifluorethylen, gereckte und/oder in Querrichtung verstreckte Polypropylen-Folie oder Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer (EVOH) umfasst.

Die Vorrichtung 100 kann beispielsweise Teil eines Lab-on-a-chip, eines mikrofluidischen Chips oder einer mikrofluidische Kartusche sein. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Aufnahmeeinheit 200 zur Aufnahme des Behälters 10, wobei die Aufnahmeeinheit 200 in diesem Beispiel eine erste Hohlnadel 211 und eine zweite Hohlnadel 212 umfasst. Die beiden Hohlnadeln 211, 212 erstrecken sich aus einer ersten Fläche 201 der Aufnahmeeinheit 200. Die Aufnahmeeinheit 200 umfasst ferner eine zweite Fläche 202 und eine dritte Fläche 203 derart, dass die Flächen 201, 202, 203 einen Aufnahmeraum 220 für den aufgenommenen Behälter 10 U-förmig begrenzen, wobei sich die Hohlnadeln 211, 212 teilweise in den Aufnahmeraum 220 erstrecken. Die Aufnahmeeinheit 200 kann insbesondere ein Polymersubstrat, beispielsweise ein Thermoplast wie PC, PP, PE, PMMA, COP, COC, umfassen und eine Dicke von beispielsweise 0,5 bis 5 mm aufweisen. Die Herstellung der Aufnahmeeinheit 200 kann dabei durch Fräsen, Spritzguss, Heißprägen, Tiefziehen oder Laserstrukturierung erfolgen.

Die zweite Seite 202 und die dritte Seite 203 der Aufnahmeeinheit 200 umfassen ein erstes Fixierungselement 221 beziehungsweise ein zweites Fixierungselement 222, welche in diesem Ausführungsbeispiel in Form von Rastnasen ausgeführt sind. Eine Breite der ersten Seite 201 ist in diesem Beispiel kleiner als eine Breite der Barrierefolie 12 des aufzunehmenden Behälters 10 ausgeführt, so dass vorstehende Enden der Barrierefolie 12 in die beiden Rastnasen 221, 222 einrasten können und dadurch der aufgenommene Behälter in einem vorgegebenen Abstand 250 von der ersten Seite 201 und somit von den beiden Hohlnadeln 211, 212 fixiert wird. Wie in den 1a bis 1c dargestellt, können die Rastnasen 221, 222 als Vertiefungen oder Ausnehmungen in der zweiten Seite 202 und der dritten Seite 203 ausgeführt sein. Alternativ können die Rastnasen 221, 222 auch als Vertiefungen oder Ausnehmungen in von den Seiten 202, 203 hervorstehenden Wölbungen, beispielsweise wulstförmigen Erhebungen, ausgeführt sein. Dies ermöglicht ein Einklipsen oder Einkeilen der vorstehenden Enden der Barrierefolie 12 in die Rastnasen 221, 222, wie in der Figurenabfolge 1a, 1b, 1c dargestellt.

Die vorgegebene Beabstandung 250 des aufgenommenen und fixierten Behälters 10 in der Aufnahmeeinheit 200 wird dabei so gewählt, dass eine Beschädigungen der Barrierefolie 12 durch die beabstandeten Hohlnadeln 211, 212 bei üblichen Erschütterungen während Lager- und Transportvorgängen verhindert werden. Beispielsweise kann eine Beabstandung 250 von 100 µm bis 2 mm gewählt werden. In diesem Beispiel umfassen die erste Hohlnadel 211 und die zweite Hohlnadel 212 einen um die jeweilige Hohlnadel angeordneten Dichtring 215, 216, um bei einem Durchstechen der Barrierefolie 12 des Behälters 10 ein Ausfließen des Fluids außerhalb der Hohlnadeln zu verhindern. Alternativ oder zusätzlich kann die Barrierefolie 12 eine elastische Schicht 13 mit einer beispielhaften Dicke von 5 bis 500 Mikrometer aufweisen, wobei die Elastizität der Schicht eine zusätzliche Dichtwirkung um die Hohlnadeln 211, 212 verursacht. Die elastische Schicht 13 kann einen Gummi, ein Elastomer, ein thermoplastisches Elastomer und/oder ein Silikon umfassen.

1c zeigt die Vorrichtung 100 mit aufgenommenem Behälter 10 als System 1000 dieses Ausführungsbeispiels.

2a bis 2d zeigen in einer Weiterbildung des Ausführungsbeispiels aus 1 eine Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung 500, welche eine erfindungsgemäße Vorrichtung 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 1 sowie einen Aktor 300 umfasst. Wie aus 2a ersichtlich, umfasst der Aktor 300 in diesem Ausführungsbeispiel zwei L-förmige Teile 310 mit jeweils einer stösselförmigen Ausformung 320 des jeweils längeren Abschnitts der L-Form, wobei die Teile 310 gegenüber der Vorrichtung 100 beweglich eingerichtet sind. Die L-Form der Teile 310 hat den Vorteil, dass über eine Krafteinwirkung auf die Teile 310 die Kraft auf die vorstehenden Enden der Barrierefolie 12 des Behälters 10 weitergeleitet werden kann. Wenn die Kraft einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, wird die Fixierung der vorstehenden Enden der Folie 12 des Behälters 10 in den Rastnasen 221, 222 gelöst und der Behälter 10 in Richtung der aus der ersten Seite 201 der Aufnahmeeinheit 200 vorstehenden Hohlnadeln 211, 212 bewegt. Die Höhe des vorgegebenen Schwellwerts wird hierbei durch die konkrete Ausformung der Rastnasen 221, 222 und durch die Biegsamkeit der vorstehenden Enden der Barrierefolie 12 des Behälters 10 bestimmt. Alternativ zu den zwei L-förmigen Teilen 310 könnte der Aktor beispielsweise auch eine den Behälter 10 teilweise umschließende Form, beispielsweise eine U-Form, aufweisen.

Wenn der Behälter 10 über die beweglichen Teile des Aktors 310 weiter in Richtung der vorstehenden Hohlnadeln 211, 212 bewegt wird, durchstoßen diese die Barrierefolie 12 des Behälters 10 und ein fluidischer Kontakt zwischen der Vorrichtung 100 und dem Behälter 10 ist hergestellt, wie in 2b gezeigt. Anschließend kann über die erste Hohlnadel 211 und/oder über die zweite Hohlnadel 212 ein in dem Behälter befindliches Fluid 15 aus dem Behälter 10 entnommen werden. Wenn die Vorrichtung im Betrieb in einer vorgegebenen Orientierung im Schwerefeld der Erde angeordnet wird, kann vorteilhafterweise über die bezüglich des Schwerefelds der Erde untere der beiden Hohlnadeln 211, 212 die Flüssigkeit 15 aus dem Behälter 10 entnommen werden. In diesem Ausführungsbeispiel ist die erste Hohlnadel 211 die untere der beiden Hohlnadeln 211 und 212, über welche Flüssigkeit 15 entnommen wird. Wie in 2b dargestellt, kann, um eine Entnahme der Flüssigkeit 15 zu erleichtern, die Einrichtung eine mit der ersten Hohlnadel 211 verbundene Pumpe 110 umfassen. Ein besonders effizienter Entleerungsvorgangs 10 wird erreicht, wenn, wie in der Figurenfolge 1c und 1d angedeutet, über die zweite Hohlnadel 212 ein Ersatzfluid 16, beispielsweise ein Gas oder Gasgemisch, in den Behälter eingeleitet wird, um eine Verdrängung der Flüssigkeit 15 aus dem Behälter 10 durch die erste Hohlnadel 211 zu unterstützen. Die Einleitung des Ersatzfluids kann hierbei über eine zweite Pumpe 120 der Vorrichtung erfolgen, wobei die zweite Pumpe 120 mit der zweiten Hohlnadel 212 fluidisch gekoppelt ist und ein Reservoir für das Ersatzfluid umfassen kann. Alternativ kann die zweite Hohlnadel 212 mit einer Umgebung um die Vorrichtung 100 oder um die Einrichtung 500 verbunden sein, so dass bei einem Saugen durch die erste Pumpe 110 an der ersten Hohlnadel 211 Luft aus der Umgebung als Ersatzfluid über die zweite Hohlnadel 212 in den Behälter 10 einströmt.

Wie aus den 2b bis d hervorgeht, sind die beweglichen Teile 310 des Aktors 300 vorzugsweise so ausgestaltet, dass bei einer fluidischen Kontaktierung des Behälters 10 mit der Vorrichtung 100 eine formschlüssige Kontaktierung der beweglichen Teile 310 mit der Aufnahmeeinheit 200 erfolgt, so dass eine weitere Kraftausübung auf den Aktor über die Aufnahmeeinheit 200 weitergeleitet wird und der Behälter 10 keine weitere Kraft erfährt. Eine solche formschlüssige Kontaktierung kann beispielsweise durch die L-förmige Ausführung der beweglichen Teile 310 des Aktors 300 erfolgen.

Um ein Durchdringen der Hohlnadeln 211, 212 in den Behälter 10 durch die Barrierefolie 12 zu erleichtern, können die Hohlnadeln Metall umfassen.

3a bis 3c zeigen eine alternative Weiterbildung des Ausführungsbeispiels aus 1, wobei in diesem Ausführungsbeispiel die erfindungsgemäße Einrichtung 500 die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 aus 1 sowie einen Aktor 300 mit einer flexiblen Membran in Form einer elastischen Schicht 330 umfasst. Über einen Kanal 350 des Aktors 300 kann die Membran 330 mit Druck beaufschlagt werden, so dass sie sich in Richtung des in der Aufnahmeeinheit 200 der Vorrichtung 100 aufgenommenen Behälters 10 ausdehnt und den Druck auf den Behälter 10 als Kraft überträgt. In 3b ist gezeigt, dass durch eine durch die Membran 330 übermittelte Kraftausübung auf den Behälter 10 der Behälter 10 aus einer Fixierung mit den Rastnasen 221, 222 gelöst und in Richtung der Hohlnadeln 211, 212 bewegt wurde, so dass die Hohlnadeln 211, 212 die Barrierefolie 12 des Behälters 10 durchstoßen. Wie in 3c dargestellt, kann anschließend eine Entleerung des Behälters 10 beispielsweise über die erste Hohlnadel 211 erfolgen.

4a und 4b zeigen eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels aus 3, wobei zwischen der Folie 330 des Aktors 300 und des in der Aufnahmeeinheit 200 aufgenommenen Behälters 10 ein Einlegeteil 400 angeordnet ist. Das Einlegeteil 400 kann dieselben Materialien wie das Aufnahmeelement 200 umfassen. Das Einlegeteil 400 hat den Vorteil, dass eine von der Membran 330 übertragene Kraft durch das Einlageteil 400 nicht auf die gesamte Hülle 11 des Behälters 10, sondern nur auf vorstehende Enden 14 der Barrierefolie 12 übertragen wird. Hierdurch wird das Risiko gesenkt, dass sich der Behälter 10 verformt und durch einen Überdruck in dem Behälter 10 die Hülle 11 des Behälters 10 reißt.

5a und 5b zeigen eine alternative Weiterbildung des Ausführungsbeispiels aus 1, wobei in diesem Ausführungsbeispiel die erfindungsgemäße Einrichtung 500 eine erfindungsgemäße Vorrichtung 100, einen Aktor 300 mit einer elastischen Schicht 330 sowie ein Rahmenelement 450 umfasst. Das Rahmenelement 450 umrahmt zumindest einen Teil des Aufnahmeelements 200. Ein Teil 451, 452 des Rahmenelements 450 ist derart ausgeformt, dass der Teil 451, 452 des Rahmenelements 450 eine Entnahme eines eine vorgegebene Größe überschreitenden aufgenommenen Behälters 10, beispielsweise eines Blisters, verhindert. Das Rahmenelement 450 kann dieselben Materialien wie das Aufnahmeelement 200 umfassen. Die elastische Schicht 330 des Aktors 300 ist teilweise mit dem Aufnahmeelement 200 verbunden und zwischen dem Aufnahmeelement 200 und dem Rahmenelement 450 derart angeordnet, dass bei einer über eine vorgegebene Ausdehnung hinausgehenden Ausdehnung der elastischen Schicht 330 in Richtung des Rahmenelements 450 das Aufnahmeelement 200 in Richtung des aufgenommen Behälters 10 für eine fluidische Kontaktierung des Behälters 10 bewegt wird, wie aus der Figurenfolge 5a zu 5b angedeutet. In dieser Ausführungsform sind somit das Rahmenelement 450 und das Aufnahmeelement 200 gegeneinander bewegbar. Durch die genannte Ausformung des Teils 451, 452 des Rahmenelements 450 wird bei einer Bewegung des Rahmenelements 450 und des Aufnahmeelements 200 voneinander vorteilhafterweise der aufgenommene Behälter 10 durch den Teil 451, 452 des Rahmenelements 450 in Richtung der ersten und zweiten Hohlnadel 211, 212 bewegt. Somit kann durch eine Auseinanderbewegung des Rahmenelements 450 und des Aufnahmeelements 200 die fluidische Kontaktierung des Behälters 10 durch das Aufnahmeelement 200 erreicht werden. In diesem Beispiels sind die erste und die zweite Hohlnadel 211, 212 mit einem ersten Kanal 213 beziehungsweise mit einem zweiten Kanal 214 verbunden, wobei die die Kanäle 213, 214 in 5 aus der Bildebene herausragen. Zur Verstärkung der Bindung der elastischen Membran 330 mit dem Aufnahmeelement 200 kann die Membran 330 zumindest teilweise zwischen dem Aufnahmeelement 200 und einer Substratschicht 340 angeordnet sein.

In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Ausformung des Teils 451, 452 des Rahmenelements 450 in Form eines ersten Hakens 451 und eines zweiten Hakens 452 ausgebildet, wobei die Haken 451, 452 bevorzugt bezüglich eines die Größe überschreitenden Blisters 10 derart angeordnet ist, dass bei der Auseinanderbewegung die Haken einen vorstehenden Teil der Hülle 11, nämlich jeweils ein vorstehendes Ende 14 der Barrierefolie 12 des Blisters 10 kontaktiert und bei einer fortgesetzten Auseinanderbewegung die der Auseinanderbewegung zugrundeliegende Kraft zumindest teilweise in Richtung der ersten und zweiten Hohlnadel 211, 212 auf die Enden 14 überträgt.

Vorzugsweise ist zwischen dem Aufnahmeelement 200 und der elastischen Schicht 330 ein Kanal 210 zur Druckbeaufschlagung der elastischen angeordnet, beispielsweise in Form einer Ausnehmung 210 in dem Aufnahmeelement 200. Durch diesen Kanal 210 kann vorteilhafterweise ein Überdruck, beispielsweise durch Einleitung eines Fluids in den Kanal 210, erzeugt werden, um eine Ausdehnung der elastischen Schicht 330 in Richtung des Rahmenelements 450 für eine fluidische Kontaktierung des Blisters 10 zu bewirken, wie aus 5b ersichtlich.

6 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens 800. In einem ersten Schritt 801 wird ein Behälter in eine Aufnahmeeinheit mit mindestens einer ersten Hohlnadel aufgenommen und in einer vorgegebenen Beabstandung von der ersten Hohlnadel durch mindestens ein Fixierungselement der Aufnahmeeinheit fixiert. In einem zweiten Schritt 802 wird eine Kraft auf den Behälter in Richtung der ersten Hohlnadel oder auf die Aufnahmeeinheit in Richtung des ersten Behälters ausgeübt, wobei die ausgeübte Kraft einen vorgegebenen Schwellwert für ein Lösen der Fixierung des Behälters überschreitet. In einem dritten Schritt 803 werden der Behälter und die Aufnahmeeinheit derart aufeinander zubewegt, dass die erste Hohlnadeln eine Hülle des Behälters für eine fluidische Kontaktierung des Behälters durchdringt.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 102012222719 A1 [0002]