EP2729251B1

EP2729251B1 - Mikrofluidische struktur mit vertiefungen

Info

Publication number: EP2729251B1
Application number: EP12732642.9A
Authority: EP
Inventors: Dirk Kurowski; Oliver Paul
Original assignee: Boehringer Ingelheim Microparts GmbH
Current assignee: Boehringer Ingelheim Microparts GmbH
Priority date: 2011-07-05
Filing date: 2012-07-02
Publication date: 2018-11-14
Anticipated expiration: 2032-07-02
Also published as: EP2729251A1; US20140227148A1; WO2013004673A1; JP6098020B2; US9409171B2; JP2014521056A; US20150251182A1

Description

Die Erfindung betrifft eine mikrofluidische Struktur, umfassend wenigstens eine Kavität mit wenigstens einer Einlassöffnung und wenigstens einer Auslassöffnung, wobei die Kavität mit einer Flüssigkeit befüllbar oder von einer solchen durchströmbar ist und innerhalb der Kavität wenigstens ein Element vorgesehen ist, welches die Flüssigkeit bei deren Strömung innerhalb der Kavität zumindest zeitweise abstoppt und/oder zumindest bereichsweise umlenkt.
Mikrofluidische Strukturen sind Bestandteile von mikrofluidischen Plattformen bzw. mikrofluidischen Bauteilen und umfassen im Wesentlichen Kavitäten und/oder Kanäle, in denen zu untersuchende oder zu manipulierende Probenflüssigkeiten aufgenommen werden und durch geeignete Mittel (bspw. Kapillarkräfte, erzeugte Druckunterschiede) zu entsprechend vorgesehenen Reaktionsorten transportiert werden können.
Inbesondere werden von der vorliegenden Erfindung mikrofluidische Plattformen wie beispielsweise Probenträger, Teststreifen, Biosensoren oder dergleichen umfasst, welche zur Durchführung einzelner Tests oder Messungen dienen können. Beispielsweise können biologische Flüssigkeiten (z. B. Blut, Urin oder Speichel) zum einen auf Krankheitserreger, Unverträglichkeiten und zum anderen aber auch auf ihr Gehalt beispielsweise Glukose (Blutzucker) oder Cholesterol (Blutfett) untersucht werden. Dazu finden auf den mikrofluidischen Plattformen entsprechende Nachweisreaktionen oder ganze Reaktionskaskaden statt.
Hierfür ist es erforderlich, dass die biologische Probenflüssigkeit zu dem dafür vorgesehenen Reaktionsort bzw. den Reaktionsorten mit geeigneten Mitteln transportiert wird. Ein solcher Transport der Probenflüssigkeit kann beispielsweise mittels passiver Kapillarkräfte (durch entsprechende Kapillarsysteme bzw. Mikrokanäle) erfolgen oder auch mittels einer aktiven Aktorik. Als aktive Aktorik werden beispielsweise Spritzen- oder Membranpumpen verwendet, die sich außerhalb der mikrofluidischen Plattform oder auch auf dieser befinden können und innerhalb einer mit insbesondere aus Mikrokanälen und Mikrokavitäten bestehenden mikrofluidischen Struktur einen entsprechenden Druck aufbauen.
Im Allgemeinen weisen mikrofluidische Plattformen einen Probenaufgabenbereich in der Größenordnung von wenigen Millimetern zur Aufgabe einer Probenflüssigkeitsmenge in der Größenordnung von einigen Mikrolitern auf, wobei die Probenflüssigkeit (beispielsweise Blut) über einen Mikrokanal bzw. über ein Mikrokanalsystem zu entsprechenden Kavitäten transportiert werden muss, in denen beispielsweise chemische Reaktionsstoffe in getrockneter Form vorliegen.
Damit eine Probenflüssigkeit mit den Reaktionsstoffen in einer Kavität eine einwandfreie Nachweisreaktion vollführen kann, ist eine möglichst gleichmäßige und vollständige Befüllung einer solchen Kavität erforderlich.
Bei der Befüllung von großen, insbesondere breiten und ungleichmäßig geformten Kavitäten, beispielsweise mit Längen- und/oder Breitendimensionen von jeweils mehreren Millimetern und einem daraus resultierenden Volumenbereich von beispielsweise 10 µl bis etwa 10 ml, besteht das Problem, dass sich die Kavität nicht gleichmäßig füllt und sich so Lufteinschlüsse bzw. Luftblasen in der Kavität bilden können. Dadurch steht nicht das komplette Volumen der Kavität für die Probenflüssigkeit zur Verfügung. In einer solchen Kavität beispielsweise aufbewahrte Trockensubstanzen werden so nicht ausreichend aufgelöst und es kann zu Klumpenbildung kommen, wodurch eine gewünschte Nachweisreaktion beeinträchtigt werden kann.
Nach dem Stand der Technik wird hier dadurch Abhilfe geboten, indem man in der Kavität stegartige Elemente derart anordnet, dass die Flüssigkeit in der Kavität eine mäanderförmige Strömungsrichtung vollführen muss.
Ein Nachteil dieser Struktur ist jedoch, dass durch die stegartigen Elemente eigentlich benötigtes Volumen innerhalb der Kavität verbraucht wird.
Zum Ausgleich muss daher mehr Fläche auf der mikrofluidischen Plattform bzw. dem mikrofluidischen Bauteil zur Verfügung gestellt werden. Dies soll insbesondere für mikrofluidische Plattformen wegen der damit verbundenen Zunahme der Herstellkosten vermieden werden.
Aus der DE 103 60 220 A1 ist eine mikrofluidische Struktur bzw. eine mikrofluidische Plattform zur luftblasenfreien Befüllung bekannt. Konkret ist dort eine Kavität vorgesehen, mit einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung. Im Bereich der Einlassöffnung weist die Kavität Mikrostrukturelemente in Form von Säulen auf. Dieser Bereich bildet eine Stelle mit erhöhter Kapillarkraft. Durch die erhöhte Kapillarkraft erfolgt zunächst eine vollständige und luftblasenfreie Benetzung des Eingangsbereichs der Kavität mit Probenflüssigkeit. Erst danach erfolgt eine Benetzung des der Auslassöffnung zugewandten Teils der Kavität. EP 0 153 110 A2 zeigt eine mikrofluidische Struktur mit Rippen. Um dabei den Flüssigkeitstransport zu beschleunigen, ist in der Kavität eine Rampe vorgesehen, die das Niveau des Kavitätenbodens auf das Niveau der Auslassöffnung anhebt.
Eine solche Anordnung ist zur Befüllung von großen, insbesondere (quer zur Einström- bzw. Durchströmrichtung der Flüssigkeit) breiten und ungleichmäßig geformten Kavitäten nicht zufrieden stellend.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine mikrofluidische Struktur gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 derart zu verbessern, dass eine verbesserte, insbesondere im Wesentlichen luftblasenfreie Befüllung, insbesondere von großen Kavitäten ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Die Erfindung geht daher aus von einer mikrofluidischen Struktur, umfassend wenigstens eine Kavität mit wenigstens einer Einlassöffnung und wenigstens einer Auslassöffnung, wobei die Kavität mit einer Flüssigkeit befüllbar oder von einer solchen durchströmbar ist und innerhalb der Kavität wenigstens ein Element vorgesehen ist, welches die Flüssigkeit bei deren Strömung innerhalb der Kavität zumindest zeitweise abstoppt und/oder zumindest bereichsweise umlenkt.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Element durch eine in eine Wandung der Kavität eingebrachte Vertiefung gebildet ist, welche wenigstens einen ersten Bereich aufweist, an dem die Flüssigkeit zumindest zeitweise gestoppt und/oder zumindest bereichsweise umgelenkt wird und zumindest einen zweiten Bereich, an dem die Flüssigkeit bevorzugt in die Vertiefung hineinläuft.
Dabei läuft die Flüssigkeit bei Erreichen des zweiten Bereiches sofort, also ohne einen nennenswerten Stopp in die Vertiefung hinein und zieht ab einem bestimmten Befüllstand der Vertiefung auch noch die im ersten Bereich der Vertiefung zunächst abgestoppte Flüssigkeit mit in die Vertiefung hinein.
Auf diese Weise kann die Flüssigkeit in der Kavität derart gesteuert werden, dass die Kavität gleichmäßig und im Wesentlichen luftblasenfrei gefüllt wird. Dies ist auch bei großen, insbesondere breiten und ungleichmäßig geformten Kavitäten möglich, welche beispielsweise ein Befüllvolumen in der Größenordnung von etwa 10 µl bis 10 ml aufweisen.
Anzumerken ist, dass die genannte Wandung der Kavität beispielsweise ein Boden der Kavität sein kann. Es sind aber auch beliebige andere Wandungen der Kavität denkbar. So kann die Wandung, bei geeigneter Ausbildung eines die Kavität abschließenden Deckels, beispielsweise auch durch diesen selbst gebildet sein. Auch eine Kombination dieser beiden Möglichkeiten ist zum Beispiel möglich.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Bereich durch einen rampenartigen Übergang gebildet ist, der, von einem Bodenniveau der Kavität ausgehend, bis auf ein Bodenniveau der Vertiefung übergeht.
Durch diesen rampenartigen Übergang wird auf einfache Weise sichergestellt, dass die Probenflüssigkeit an dieser Stelle ohne einen Stopp in die Vertiefung hineinläuft und diese befüllt.
Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass der rampenartige Übergang, ausgehend von einer Begrenzungskante der Vertiefung mit einer Bodenebene der Kavität einen Winkel von etwa 10 Grad bis 60 Grad, besonders bevorzugt von in etwa 45 Grad bildet. In Versuchen hat sich gezeigt, dass mit der Wahl derartiger geometrischer Parameter ein gewolltes Strömungsverhalten der Flüssigkeit am besten realisierbar ist.
Allerdings wären statt rampenartiger Ausgestaltung auch andere Ausgestaltungen des zweiten Bereichs denkbar. So könnte der zweite Bereich auch durch einen "sanften" Übergang gebildet sein, bspw. durch eine konvexe oder konkave Verrundung. Auch eine (in Draufsicht auf die Vertiefung gesehen) kerbenartige Struktur ist vorstellbar.
Der erste Bereich wird hingegen zweckmäßigerweise durch eine Begrenzungskante der Vertiefung gebildet, an der die zusammenlaufenden, die Begrenzungskante bildenden Wandungen einen Winkel einnehmen, der kleiner als 120 Grad, bevorzugt in etwa zwischen 95 Grad und 70 Grad, besonders bevorzugt bei etwa 90 Grad liegt.
Auf diese Weise bildet der erste Bereich auf sehr zuverlässige Weise einen Kapillarstopp, an dem die einströmende Flüssigkeit zunächst gestoppt bzw. umgelenkt wird.
Es hat sich in Versuchen ferner als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn die wenigstens eine Vertiefung länglich ausgebildet ist, wobei der wenigstens eine erste Bereich einer einströmenden Flüssigkeit zugewandt und der wenigstens eine zweite Bereich einer einströmenden Flüssigkeit abgewandt ist. So kann die einströmende Flüssigkeit derart gesteuert werden, dass diese zunächst den ersten Bereich erreicht, dort abgestoppt, umgelenkt wird und bei Erreichen des zweiten Bereiches dort bevorzugt (ohne einen nennenswerten Stopp) in die Vertiefung hinein läuft und diese befüllt. Bei einer entsprechenden Anordnung mehrerer Vertiefungen miteinander kann die gewünschte Flüssigkeitssteuerung der konkreten Länge einer Kavität angepasst werden.
Die Vertiefung kann in der Draufsicht beispielsweise in etwa rechteckförmig ausgebildet sein. Sie kann aber auch in der Draufsicht andersförmig, beispielsweise bogenförmig ausgebildet sein. Dies kann beispielsweise dann zweckmäßig sein, wenn die zu befüllende Kavität in ihrer Längserstreckung ebenfalls bogenförmig ausgebildet ist.
Eine weitere zweckmäßige Ausbildung des Erfindungsgedankens sieht vor, dass mehrere Vertiefungen vorgesehen sind, die von Seitenwänden der Kavität ausgehend, wechselseitig angeordnet sind.
Auf diese Weise ist es möglich, mit den Vertiefungen in der zu befüllenden Kavität einen mäanderförmigen Strömungsverlauf der Flüssigkeit nachzubilden.
Es hat sich zudem als vorteilhaft erwiesen, wenn sich der wenigstens eine erste Bereich in etwa über die gesamte Länge einer Längsseite der wenigstens einen Vertiefung erstreckt und der wenigstens eine zweite Bereich lediglich über einen Teil der Länge einer anderen Längsseite.
Hierdurch ist es möglich, zum einen einen Kapillarstopp auf breiter Front sicherzustellen und zum anderen dennoch einen zeitlich verzögerten Einlauf der Flüssigkeit in die Vertiefung, wobei zusätzliches Volumen an der Stelle gewonnen werden kann, wo der zweite Bereich nicht ausgebildet ist.
Die Erfindung betrifft aber auch eine mikrofluidische Plattform mit wenigstens einer mikrofluidischen Struktur nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7. Eine derart ausgebildete mikrofluidische Plattform kann kostengünstig hergestellt werden und genügt hohen Ansprüchen an eine prozesssichere, insbesondere luftblasenfreien Befüllung der vorhandenen Kavitäten.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen deutlich, was mit Hilfe der beiliegenden Figuren näher erläutert werden soll. Dabei bedeuten

Fig. 1: eine mikrofluidische Struktur gemäß einem ersten, bevorzugten Ausführungsbeispiel in einer Draufsicht, prinziphaft dargestellt,
Fig. 2: eine Schnittdarstellung der mikrofluidischen Struktur gemäß Schnittverlauf II in Fig. 1,
Fig. 3: eine Detaildarstellung III aus Fig. 2,
Fig. 4a bis 4f: unterschiedliche Befüllstadien der mikrofluidischen Struktur gemäß Fig. 1 mi einer Flüssigkeit,
Fig. 5: eine mikrofluidische Struktur in einer Draufsicht gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, prinziphaft dargestellt,
Fig. 6: eine mikrofluidische Struktur in einer Draufsicht gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, prinziphaft dargestellt,
Fig. 7: eine mikrofluidische Struktur gemäß dem Stand der Technik und
Fig. 8: eine Schnittdarstellung gemäß Schnittverlauf VIII aus Fig. 7.

Zunächst wird auf die Fig. 1 bis 3 Bezug genommen.
In diesen Figuren ist eine in einem mikrofluidischen Bauteil 2 eingebrachte mikrofluidische Struktur 1 ersichtlich. Die mikrofluidische Struktur 1 umfasst eine Kavität 10, welche ein Befüllvolumen von etwa 15 µl aufweist. Die Kavität 10 ist ungleichmäßig geformt und mit einer Einlassöffnung 11 versehen, welche die Kavität 10 mit einem Befüllkanal 16 verbindet. Der Befüllkanal 16 selbst kann mit einer nicht näher bezifferten Befüllöffnung (beispielsweise einem Probenaufgabenbereich) verbunden sein.
Auf der anderen Seite ist die Kavität 10 mit einer Auslassöffnung 12 versehen, welche beispielsweise die fluidische Verbindung zu einem Entlüftungskanal 17 freigibt. Im Bereich der Auslassöffnung 12 ist zudem in üblicher Weise ein Kapillarstopp 24 vorgesehen.
Zusätzlich oder alternativ kann die Kavität 10 über eine Auslassöffnung mit einem weiteren Mikrokanal 18 verbunden sein (gestrichelt angedeutet), wenn eine Flüssigkeit durch die Kavität 10 beispielsweise in eine weitere Kavität transportiert werden soll (nicht dargestellt).
Die Kavität 10 ist eine vergleichsweise große Kavität mit Abmessungen von etwa 12 mm in der Breite, 36 mm in der Länge und etwa 1,5 mm in der Tiefe.
Ferner ist zu erkennen, dass innerhalb der Kavität 10 drei Vertiefungen 13 angeordnet sind. Jede Vertiefung 13 hat in der Draufsicht dabei in etwa ein rechteckförmiges Aussehen mit einer Länge L und einer Breite B. Dabei sind die Vertiefungen 13, ausgehend von Längsseiten der Kavität 10, wechselseitig angeordnet.
Es ist ersichtlich, dass jede Vertiefung 13 einen ersten Bereich 14 aufweist, welcher einer einströmenden Flüssigkeit F zugewandt ist (vergleiche Fig. 4) und an dem die einströmende Flüssigkeit F zumindest zeitweise gestoppt und/oder zumindest bereichsweise umgelenkt wird.
Ferner ist jede Vertiefung 13 mit einem zweiten Bereich 15 versehen, an dem eine einlaufende Flüssigkeit F ohne einen Stopp in die Vertiefung 13 hineinläuft.
Die Kavität 10 ist dabei durch einen Deckel 21 (beispielsweise eine aufgeklebte Folie) abgeschlossen und weist einen Boden 19 auf. Jede Vertiefung 13 weist einen Boden 20 auf.
Insbesondere aus der Detaildarstellung gemäß Fig. 3 ist erkennbar, dass der erste Bereich 14 (Kapillarstopp) durch eine Begrenzungskante 22 der Vertiefung 13 gebildet ist, an der die zusammenlaufenden, die Begrenzungskante 22 bildenden Wandungen einen Winkel β einnehmen, der 90 Grad ist. Abweichend vom Ausführungsbeispiel sind natürlich auch andere Winkel denkbar, die größer oder kleiner 90 Grad sein können.
Ferner ist ersichtlich, dass der zweite Bereich 15 durch einen rampenartigen Übergang R gebildet ist, der, vom Bodenniveau 19 der Kavität 10 ausgehend, bis auf ein Bodenniveau 20 der Vertiefung 13 übergeht.
Insbesondere ist erkennbar, dass der rampenartige Übergang R, ausgehend von einer Begrenzungskante 23 der Vertiefung 13 mit der Bodenebene 19 der Kavität 10 einen Winkel α von in etwa 45 Grad bildet. Auch hier sind Winkel größer oder kleiner 45 Grad denkbar.
Angemerkt sei, dass der zweite Bereich 15 nicht unbedingt durch einen rampenartigen Übergang gebildet sein muss, sondern auch andere Ausgestaltungen denkbar sind. So ist in Fig. 3 angedeutet, dass der zweite Bereich bspw. auch durch einen "sanften" Übergang, etwa durch eine konkave (15") oder konvexe (15"') Rundung, gebildet sein kann.
Anhand der Fig. 4a bis 4f wird nun beschrieben, wie eine in die Kavität 10 einströmende Flüssigkeit F durch die Vertiefungen 13 in ihrem Strömungsverlauf gesteuert wird:
So strömt die einströmende Flüssigkeit F zunächst auf die Erste der Kavitäten 13 mit einer Strömungsrichtung S zu (Fig. 4a).
Dabei wird die Flüssigkeit F zunächst an dem ersten Bereich 14 bzw. der Begrenzungskante 22 gestoppt und umgelenkt (Fig. 4b).
Die Flüssigkeit F gelangt weiter bis zum ersten Bereich 14 der zweiten Vertiefung 13 und dabei auch bis zum zweiten Bereich 15 der ersten Vertiefung 13, wodurch die Flüssigkeit F über den zweiten Bereich 15 die erste Vertiefung 13 befüllt (vergleiche gestrichelt angedeuteter Pfeil in Fig. 4c).
Die Flüssigkeit F wird nun an dem ersten Bereich 14 der zweiten Vertiefung 13 wiederum gestoppt und umgelenkt und es erfolgt eine komplette Befüllung der Kavität 10 zunächst unter Freilassung der zweiten Vertiefung 13 (vergleiche Fig. 4d).
Sobald die Flüssigkeit F auch den zweiten Bereich 15 der zweiten Vertiefung 13 erreicht, wird auch über den zweiten Bereich 15 (rampenartiger Übergang R) die zweite Vertiefung 13 befüllt. Die Flüssigkeitsfront der Flüssigkeit F reicht nun bis zum ersten Bereich 14 der letzten Vertiefung 13 (Fig. 4e).
An dem ersten Bereich 14 wird die Flüssigkeit F wiederum zunächst abgestoppt und umgelenkt, bis sie anschließend zum zweiten Bereich 15 der letzten Vertiefung 13 gelangt und von dort ausgehend, diese befüllt.
Der Befüllvorgang reicht bis zum Kapillarstopp 24 im Bereich der Auslassöffnung 12 und geht im Wesentlichen ohne Lufteinschlüsse (Luftblasen) vonstatten (vergleiche Fig. 4f).
Durch die wechselseitige Anordnung der Vertiefungen 13 erfolgt eine im Wesentlichen mäanderförmige Steuerung der Flüssigkeit F durch die Kavität 10.
Es ist an den Fig. 1 bis 4 ersichtlich, dass sich der zweite Bereich 15 nicht über die gesamte Länge L einer Vertiefung 13 erstreckt, sondern nur einen Teil dieser Länge ausmacht. Ferner nimmt der Bereich 15 auch eine Breite ein, welche deutlich geringer ist als die Breite B der gesamten Vertiefung 13. Insbesondere ist die Breite des Bereichs 15 bevorzugt kleiner als die Hälfte der Breite B der Vertiefung 13. Hierdurch ist es möglich, bei ausreichender Befüllfunktion des Bereichs 15 das Volumen der Vertiefung 13 gut auszunutzen.
Abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel, bei dem die Bereiche 15 an der der einströmenden Flüssigkeit F abgewandten Längsseiten der Vertiefungen 13 positioniert sind, ist jedoch auch denkbar, derartige Bereiche zumindest teilweise an den Querseiten der Vertiefungen 13 vorzusehen (vergleiche gestrichelt angedeutet 15' in Fig. 1). Es ist auch denkbar, mehrere derartiger Bereiche an einer Vertiefung vorzusehen (vergleiche auch Ziffern 43 in Fig. 6).
In Fig. 5 ist nun ein zweites Ausführungsbeispiel 3 für eine mikrofluidische Struktur eines mikrofluidischen Bauteils 4 dargestellt. Im Unterschied zu der mikrofluidischen Struktur 1 gemäß den Fig. 1 bis 4, umfasst die mikrofluidische Struktur 3 eine Kavität 30, mit geringfügig anders ausgebildeten Vertiefungen 31. Jede Vertiefung 31 ist wiederum mit einem ersten Bereich 32 in Form einer Stoppkante (Kapillarstopp) ausgestattet, welche der Strömungsrichtung S einer einströmenden Flüssigkeit zugewandt ist. Auf der einer einströmenden Flüssigkeit abgewandten Längsseite der Vertiefung 31 ist wiederum ein zweiter Bereich 33 in Form einer Rampe vorgesehen, wobei sich der Bereich 33 über eine gesamte Länge L der Vertiefung 31 erstreckt. Die Breite des Bereichs 33 beträgt wiederum in etwa nur maximal die Hälfte einer Breite B der Vertiefung 31. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird durch die wechselseitige Anordnung der Vertiefungen 31 ein mäanderförmiger Fluss einer einströmenden Flüssigkeit nachgebildet.
Bezugnehmend auf die Fig. 6 wird nunmehr ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Dort ist eine mikrofluidische Struktur 5 auf einem mikrofluidischen Bauteil 6 ersichtlich, die (im Unterschied zu den vorausgehenden Ausführungsbeispielen) eine in Einströmrichtung S einer Flüssigkeit gesehen gekrümmte Kavität 40 aufweist.
In der Kavität 40 sind sieben Vertiefungen 41 vorgesehen, wobei jede Vertiefung 41 eine Längserstreckung L aufweist und über diese Länge L gekrümmt verläuft. Des Weiteren ist ersichtlich, dass jede Vertiefung 41 wiederum mit einem ersten Bereich 42 in Form einer Stoppkante (vergleichbar mit Bereich 14 des ersten Ausführungsbeispiels) versehen ist und an der einer einströmenden Flüssigkeit abgewandten Längsseite mit jeweils zwei Bereichen 43 in Form einer Rampe (vergleichbar mit dem Bereich 15 im ersten Ausführungsbeispiel).
Eine einströmende Flüssigkeit wird nun zunächst an den Bereichen 42 gestoppt und umgelenkt werden und nach Erreichen der Bereiche 43 mit dem Befüllvorgang einer jeden Vertiefung 41 beginnen, bis die Flüssigkeit komplett bis zur nächsten Vertiefung 41 weiterläuft. Es ist somit also auch eine schrittweise Befüllung der Kavität 40 ohne nennenswerte Lufteinschlüsse möglich.
Schließlich soll bezugnehmend auf die Fig. 7 und 8 nochmals kurz auf den Stand der Technik eingegangen werden.
In diesen Figuren ist eine mikrofluidische Struktur 7 eines mikrofluidischen Bauteils 8 ersichtlich, bei der innerhalb einer Kavität 50 im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung keine Vertiefungen, sondern Stege 51 angebracht sind. Die Stege 51 sind, ausgehend von Längsseiten der Kavität 50, wechselseitig angeordnet und sollen einen mäanderförmigen Durchfluss einer einströmenden Flüssigkeit (nicht dargestellt) und damit eine weitgehend luftblasenfreie Befüllung der Kavität 50 ermöglichen. Die Stege 51 reichen von einem Boden 53 der Kavität 50 ausgehend bis an einen die Kavität 50 nach oben hin abschließenden Deckel 52 heran.
Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass durch die eingebrachten Stege 51 das Nutzvolumen der Kavität 50 deutlich eingeschränkt wird.

Bezugszeichenliste

1: mikrofluidische Struktur
2: mikrofluidisches Bauteil
3: mikrofluidische Struktur
4: mikrofluidisches Bauteil
5: mikrofluidische Struktur
6: mikrofluidisches Bauteil
7: mikrofluidische Struktur
8: mikrofluidisches Bauteil
10: Kavität
11: Einlassöffnung
12: Auslassöffnung
13: Vertiefung
14: erster Bereich der Vertiefung (Stoppkante)
15: zweiter Bereich der Vertiefung (Rampe)
15': alternativ ausgebildeter zweiter Bereich
15": alternativ ausgebildeter zweiter Bereich (konkave Rundung)
15"': alternativ ausgebildeter zweiter Bereich (konvexe Rundung)
16: Befüllkanal
17: Entlüftungskanal
18: weiterer Mikrokanal
19: Boden der Kavität
20: Boden der Vertiefung
21: Deckel
22: Begrenzungskante der Vertiefung
23: Begrenzungskante der Vertiefung
24: Kapillarstop
30: Kavität
31: Vertiefung
32: erster Bereich der Vertiefung (Stoppkante)
33: zweiter Bereich der Vertiefung (Rampe)
40: Kavität
41: Vertiefung
42: erster Bereich der Vertiefung (Stoppkante)
43: zweiter Bereich der Vertiefung (Rampe)
50: Kavität
51: Steg
52: Deckel
53: Boden der Vertiefung

α: Winkel
β: Winkel

B: Breite der Vertiefung
F: Flüssigkeit
L: Längserstreckung der Vertiefung
R: rampenartiger Übergangsbereich
S: Strömungsrichtung einer einströmenden Flüssigkeit

Claims

Mikrofluidische Struktur (1,3,5), umfassend wenigstens eine Kavität (10,30,40) mit wenigstens einer Einlassöffnung (11) und wenigstens einer Auslassöffnung (12), wobei die Kavität (10,30,40) mit einer Flüssigkeit (F) befüllbar oder von einer solchen durchströmbar ist und innerhalb der Kavität (10,30,40) wenigstens ein Element (13,31,41) vorgesehen ist, welches die Flüssigkeit (F) bei deren Strömung (S) innerhalb der Kavität (10,30,40) zumindest zeitweise abstoppt und zumindest bereichsweise umlenkt, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Element (13,31,41) durch eine in eine Wandung (19) der Kavität (10,30,40) eingebrachte Vertiefung (13,31,41) gebildet ist, welche (13,31,41) wenigstens einen ersten Bereich (14,32,42) aufweist, der durch eine Begrenzungskante (22) der Vertiefung (13) gebildet wird, an der die zusammenlaufenden, die Begrenzungskante (22) bildenden Wandungen einen Winkel (β) einnehmen, der kleiner als 120°, besonders bevorzugt in etwa 90° ist und der erste Bereich (14,32,42) einen Kapillarstop bildet,an dem die Flüssigkeit (F) zumindest zeitweise gestoppt und zumindest bereichsweise umgelenkt wird und das wenigstens eine Element (13,31,41) zumindest einen zweiten Bereich (15,15',15",15"',33,43), aufweist, der durch einen rampenartigen Übergang (R) gebildet ist, der, von einem Bodenniveau (19) der Kavität (10) ausgehend, bis auf ein Bodenniveau (20) der Vertiefung (13) übergeht, an dem die Flüssigkeit (F) in die Vertiefung (13,31,41) hineinläuft.
Mikrofluidische Struktur (1,3,5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der rampenartige Übergang (R), ausgehend von einer Begrenzungskante (23) der Vertiefung (13) mit der Bodenebene (19) der Kavität (10) einen Winkel (α) von in etwa 10° bis 60°, besonders bevorzugt von in etwa 45° bildet.
Mikrofluidische Struktur (1,3,5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Vertiefung (13,31,41) länglich ausgebildet ist, wobei der wenigstens eine erste Bereich (14,32,42) einer einströmenden Flüssigkeit (F) zugewandt und der wenigstens eine zweite Bereich (15,33,43) einer einströmenden Flüssigkeit (F) abgewandt ist.
Mikrofluidische Struktur (1,3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Vertiefungen (13,31,41) vorgesehen sind, die von Seitenwandungen der Kavität (10,30,40) ausgehend, wechselseitig angeordnet sind.
Mikrofluidische Struktur (1,5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der wenigstens eine erste Bereich (14,32,42) in etwa über die gesamte Länge (L) einer Längsseite der wenigstens einen Vertiefung (13,31,41) erstreckt und der wenigstens eine zweite Bereich (15,33,43) lediglich über einen Teil der Länge (L) einer anderen Längsseite.
Mikrofluidische Plattform (2,4,6) mit wenigstens einer mikrofluidischen Struktur (1,3,5) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5.