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Dokumentenidentifikation DE102004022423A1 15.12.2005
Titel Mikrofluidiksystem
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Fehm, Udo, 90765 Fürth, DE;
Lohf, Astrid, Dr., 76185 Karlsruhe, DE;
Ruhl, Hermann, 91459 Markt Erlbach, DE;
Schneeberger, Reinhold, 90556 Seukendorf, DE;
Sippl, Johann, 90480 Nürnberg, DE;
Wenzel, Waldemar, 90766 Fürth, DE
DE-Anmeldedatum 06.05.2004
DE-Aktenzeichen 102004022423
Offenlegungstag 15.12.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.12.2005
IPC-Hauptklasse G05B 15/00
IPC-Nebenklasse G05B 19/46   B01J 19/00   
Zusammenfassung Das Mikrofluidiksystem besteht aus in einer Reihe nebeneinander angeordneten Modulen (1), die jeweils eine Mikrofluidikeinheit (6) und eine zugehörige elektrische Steuereinheit (15) enthalten, wobei die Module (1) mit ihren Rückseiten (3) an einer gemeinsamen senkrechten Rückwandeinheit (2) anliegen und an dieser gehalten sind, wobei in den Modulen (1) die jeweilige Steuereinheit (15) im Bereich der Rückseite (3) und die Mikrofluidikeinheit (6) in einem von der Rückseite (3) entfernten Bereich angeordnet ist, wobei die Steuereinheiten (15) über an den Rückseiten (3) der Module (1) und an der Rückwandeinheit (2) angeordnete elektrische Steckverbinderteile (26, 27) mit einem in der Rückwandeinheit (2) verlaufenden elektrischen Leitungsbus (20) verbindbar sind und wobei die Mikrofluidikeinheiten (6) jeweils zweier benachbarter Module (1) über ein Verbindungskanäle enthaltendes und die betreffenden Module (1, 4) überbrückendes Verbindungsteil (11) miteinander fluidisch verbunden sind.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Mikrofluidiksystem, wie es gleichermaßen aus der WO 01/36085 A1, der WO 01/73823 A2 und aus der WO 02/065221 A2 bekannt ist. Die bekannten Mikrofluidiksysteme bestehen aus mehreren Modulen, die jeweils eine Mikrofluidikeinheit und eine zugehörige elektrische Steuereinheit enthalten und an ihren Rückseiten an einer Tragschiene in Reihe nebeneinander montierbar sind. Die Steuereinheiten der unterschiedlichen Module sind über einen elektrischen Leitungsbus und die Mikrofluidikeinheiten über einen Fluidbus miteinander verbunden. Wie die WO 02/065221 A2 zeigt, kann der Fluidbus dadurch gebildet werden, dass die Mikrofluidikeinheiten jeweils benachbarter Module über Verbindungskanäle enthaltende und die betreffenden Module überbrückende Verbindungsteile miteinander verbunden werden.

Je nach Anforderung müssen die Mikrofluidikeinheiten gekühlt oder beheizt werden, um beispielsweise im Falle einer chemischen Reaktion von Fluiden in einem Mikroreaktor die Reaktionstemperatur einzustellen bzw. die bei der Reaktion frei werdende Wärme abzuführen. Die elektrischen Steuereinheiten sind einerseits wärmeempfindlich und erzeugen andererseits selbst Abwärme.

Das erfindungsgemäße Mikrofluidiksystem besteht nun aus in einer Reihe nebeneinander angeordneten Modulen, die jeweils eine Mikrofluidikeinheit und eine zugehörige elektrische Steuereinheit enthalten,

  • – wobei die Module mit ihren Rückseiten an einer gemeinsamen senkrechten Rückwandeinheit anliegen und an dieser gehalten sind,
  • – wobei in den Modulen die jeweilige Steuereinheit im Bereich der Rückseite und die Mikrofluidikeinheit in einem von der Rückseite entfernten Bereich angeordnet ist,
  • – wobei die Steuereinheiten über an den Rückseiten der Module und an der Rückwandeinheit angeordnete elektrische Steckverbinderteile mit einem in der Rückwandeinheit verlaufenden elektrischen Leitungsbus verbindbar sind und
  • – wobei die Mikrofluidikeinheiten jeweils zweier benachbarter Module über ein Verbindungskanäle enthaltendes und die betreffenden Module überbrückendes Verbindungsteil miteinander fluidisch verbunden sind.

Da die elektrischen Steuereinheiten im rückseitigen Bereich der Module angeordnet sind, kann die von den Steuereinheiten erzeugte Abwärme effektiv über die zur Halterung der Module dienende Rückwandeinheit abgeführt werden. Die Nähe der Steuereinheiten zu der Rückwandeinheit wird dabei genutzt, den die Steuereinheiten verbindenden elektrischen Leitungsbus, also die Daten- und Energieversorgungsleitungen, in die Rückwandeinheit zu verlegen, wobei die Verbindung zwischen den Steuereinheiten und dem Leitungsbus über Steckverbinderteile erfolgt. Da der Leitungsbus nicht abschnittsweise in den Modulen verläuft, sondern von diesen getrennt ist, ist die Anzahl der benötigten und insbesondere der in Reihe liegenden elektrischen Steckverbinder minimiert. Die Mikrofluidikeinheiten sind wärmemäßig von den elektrischen Steuereinheiten entkoppelt, indem sie in einem von der Rückseite entfernten Bereich, beispielsweise der Vorder- oder Oberseite der Module, angeordnet sind und dort mittels der die jeweils benachbarten Module überbrückenden Verbindungsteile fluidisch verbindbar sind. Bei Anordnung im Bereich der Vorder- oder Oberseite der Module sind die Mikrofluidikeinheiten außerdem leicht zugänglich und können, beispielsweise im Fehler- oder Verschleißfall, leicht ausgetauscht werden. Das Mikrofluidiksystem kann zusätzliche Module ohne Fluideinheiten, wie z. B. Energie- oder Druckversorgungsmodule, oder Module ohne Steuereinheiten, wie z. B. Fluidver- oder entsorgungsbehälter, enthalten, die in gleicher Weise, wie die übrigen Module, an der Rückwandeinheit gehalten sind.

Zur Reduzierung des schaltungstechnischen Aufwandes sind die Steuereinheiten in den Modulen nur zur Ausübung modulspezifischer Funktionen ausgebildet, wobei darüber hinaus gehende, modulübergreifende Funktionen durch eine zusätzliche Steuereinheit ausgeübt werden, die in der Rückwandeinheit integriert oder an dieser, beispielsweise in Form eines zusätzlichen Moduls, gehalten ist.

Vorzugsweise sind die Mikrofluidikeinheiten im Bereich der Oberseite der jeweiligen Module angeordnet, so dass weitere mikrofluidische oder makrofluidische Einheiten, wie z. B. Pumpen, Ventile usw., unterhalb der betreffenden Mikrofluidikeinheit in dem Modul angeordnet und mit der Mikrofluidikeinheit fluidisch verbunden werden können. Es ist aber auch möglich, bei Anordnung der Mikrofluidikeinheiten an der Vorder- oder Oberseite der Module die weiteren mikro- oder makrofluidischen Einheiten von außen an den Modulen zu montieren und dabei mit den Mikrofluidikeinheiten zu verbinden.

Die Mikrofluidikeinheiten in den unterschiedlichen Modulen liegen bevorzugt mit jeweils einer Fluidanschlüsse enthaltenden Seite nebeneinander in einer gemeinsamen Ebene, wobei die Verbindungsteile in dieser Ebene derart an den Mikrofluidikteilen anliegen, dass jeweils zwei benachbarte Mikrofluidikteile von jeweils einem Verbindungsteil teilweise überlappt werden und dass das Verbindungsteil die in dem Überlappungsbereich liegenden Fluidanschlüsse der benachbarten Mikrofluidikteile über seine Verbindungskanäle miteinander verbindet. Die Fluidverbindung erfolgt somit unmittelbar über die Fluidanschlüsse in den Mikrofluidikteilen und die Verbindungskanäle in den daran anliegenden Verbindungsteilen, wobei im Bereich der Fluidanschlüsse gegebenenfalls lediglich Dichtungsmittel, wie z. B. Dichtringe, erforderlich sind, um das System nach außen hin abzudichten. Schlauchleitungen zwischen den Mikrofluidikteilen werden auf diese Weise vermieden, so dass die Fluide nur in den Kanälen der Mikrofluidikteile und der Verbindungsteile geführt werden. Außerhalb der Überlappungsbereiche können die Mikrofluidikeinheiten weitere Fluidanschlüsse zum Anschluss beispielsweise der bereits erwähnten weiteren mikrofluidischen oder makrofluidischen Einheiten aufweisen.

Die Mikrofluidikeinheiten sind vorzugsweise als planare Mikrofluidikteile, beispielsweise als Einzelplatte oder in Form eines Plattenverbunds aus Stahl, Glas, Silizium oder einem anderen geeigneten Material, ausgebildet. Innerhalb der Platte bzw. den Platten verlaufen Fluidkanäle im Wesentlichen parallel zu den beiden großflächigen Plattenhauptseiten und sind dazu senkrecht mit den Fluidanschlüssen und gegebenenfalls weiteren Fluidanschlüssen in einer der beiden oder beiden außen liegenden Plattenhauptseiten verbunden. Der Plattenverbund kann auch in der Weise aufgebaut sein, dass auf einer Fluidverteilerplatte, welche auch die Fluidanschlüsse zur Verbindung mit den benachbarten Mikrofluidikeinheiten enthält, die eigentliche Mikrofluidikeinheit oder auch mehrere Mikrofluidik-Untereinheiten neben- oder übereinander aufgebracht sind. Die Verbindungsteile sind vorzugsweise ebenfalls als Platten und aus demselben Material wie die planaren Mikrofluidikteile ausgebildet, so dass die Bildung von elektrischen Lokalelementen verhindert wird.

Die Verbindungsteile können unmittelbar an den nebeneinander liegenden Modulen gehalten werden, wobei sie mit ihren die Fluidanschlüsse enthaltenden Seiten nach außen gewandt in einer gemeinsamen Ebene zu liegen kommen. Die Mikrofluidikeinheiten werden dann von außen gegen die Verbindungsteile montiert, so dass sie an diesen unter Druck anliegen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Mikrofluidikeinheiten zerbrechlich sind und nur eine gleichmäßig verteilte Druckbelastung vertragen oder wenn die Mikrofluidikeinheiten in den unterschiedlichen Modulen unterschiedliche Bauhöhen aufweisen; die Verbindungsteile definieren dann mit ihren nach außen gewandten Seiten eine Referenzebene für die aufliegenden Mikrofluidikeinheiten.

Ist die Druckbeaufschlagung der Mikrofluidikeinheiten, wie z. B. bei planaren Teilen aus Stahl oder exakt planaren Glasteilen mit geringen Fertigungstoleranzen, unkritisch, so können die Mikrofluidikeinheiten unmittelbar an den Modulen gehalten werden, wobei dann die Verbindungsteile von außen gegen die Mikrofluidikeinheiten montierbar sind. Dies hat den Vorteil, dass die Mikrofluidikeinheiten in den Modulen eingebaut werden können bevor diese an der Rückwandeinheit befestigt und die Verbindungsteile zwischen jeweils benachbarten Modulen montiert werden. Wenn ein Modul in dem System ausgewechselt werden soll, muss daher auch nicht zuerst die Mikrofluidikeinheit aus dem betreffenden Modul entfernt werden.

Die weisen Module bevorzugt betätigbare Verriegelungsteile, beispielsweise Deckelteile, auf, die im Verriegelungszustand bzw. in geschlossenem Zustand die von außen montierbaren Mikrofluidikeinheiten bzw. Verbindungsteile gegen die unmittelbar an den Modulen gehaltenen Mikrofluidikeinheiten bzw. Verbindungsteile pressen. Der Anpressdruck kann dabei unmittelbar oder bevorzugt über elastische Andruckelemente, wie Federbeine, pneumatisch betätigbare Stempel, oder über flüssigkeits- oder gasgefüllte Kissen ausgeübt werden, was insbesondere auch dann von Vorteil ist, wenn die anzudrückenden Teile aus herstellungstechnischen Gründen nicht exakt planar ausgerichtet werden können, so dass eine gleichmäßige Druckbeaufschlagung mittels Schraubverbindungen oder anderer Andruckelemente nicht realisierbar ist.

Neben dem elektrischen Leitungsbus enthält die Rückwandeinheit, an der die Module montiert sind, vorzugsweise mindestens eine Fluidleitung, die mindestens ein Hilfsfluid führt, wie z. B. ein Kühl- oder Heizfluid zum Temperieren der Mikrofluidikeinheiten in den Modulen, Druckluft zum Betätigen von pneumatischen Stellgliedern in den Modulen, ein Reinigungsfluid zum Spülen der Fluidkanäle in den Mikrofluidikeinheiten oder ein Spülgas zum Austreiben entzündlicher Gasgemische aus den Modulen. Die Module sind dabei an ihren Rückseiten über entsprechende fluidische Steckverbinderteile mit der mindestens einen Fluidleitung in der Rückwandeinheit verbindbar.

Zur besseren Abfuhr der von den elektrischen Steuereinheiten in den Modulen erzeugten Wärme kann die Rückwandeinheit in vorteilhafter Weise in ihrem den Steuereinheiten in den Modulen gegenüberliegenden Bereich Mittel zur Zwangskühlung aufweisen, wie z. B. eine von einem Kühlmittel durchflossene Kühlschlange, einen Lüfter oder Peltier-Elemente.

Der Wärmeübergang von den elektrischen Steuereinheiten in den Modulen auf die Rückwandeinheit lässt sich dadurch verbessern, dass die Steuereinheiten in den Modulen jeweils auf einem Wärmeleitkörper montiert werden, der mit einer Wärmeübertragungsfläche, gegebenenfalls unter Zwischenlage eines Wärmeleitgummis oder ähnlichem, flächig an der Rückwandeinheit anliegt.

Ein Einsatz des erfindungsgemäßen Mikrofluidiksystems in explosionsgefährdeten Bereichen wird in vorteilhafter Weise dadurch ermöglicht, dass die Rückseiten der Module jeweils mindestens eine Ausnehmung enthalten, die zusammen mit der Rückwandeinheit einen nach außen abgedichteten Hohlraum bildet, in dem die elektrischen Steckverbinderteile zu liegen kommen. Dabei können zusätzlich auch die elektrische Steuereinheit und gegebenenfalls die fluidischen Steckverbinderteile innerhalb des jeweiligen Hohlraums angeordnet sein. Im Weiteren kann in der Rückwandeinheit eine Fluidleitung für ein Spülfluid vorgesehen werden, wobei von der Fluidleitung Abzweige in die Hohlräume führen, so dass diese von dem Spülfluid durchströmt werden. Das Spülfluid verhindert das Eindringen von Luft (Sauerstoff) von außen in die Hohlräume bzw. verdünnt und entfernt in den Hohlräumen vorhandene entzündliche Gasgemische. Außerdem bewirkt das Spülfluid eine unmittelbare Kühlung der Steckverbinder und der elektrischen Steuereinheiten.

Die einzelnen Module können auf unterschiedliche Weise an der Rückwandeinheit gehalten werden. Vorzugsweise werden sie an der Rückwandeinheit angehängt, wozu die Module im oberen Bereich ihrer Rückseiten Mittel zum Einhängen in eine Einhängvorrichtung, z. B. Montageschiene, im oberen Bereich der Rückwandeinheit aufweisen. Auf diese Weise lassen sich auch schwere Module einfach und sicher an der Rückwandeinheit befestigen. Zur Fixierung der Module weisen diese im unteren Bereich ihrer Rückseiten vorzugsweise Mittel, wie z. B. Schraub- oder Schnappverbindungen oder sonstige Verriegelungseinrichtungen, auf, um die Module mit ihren Rückseiten gegen die Rückwandeinheit zu pressen und so die Wärmeableitung von den Steuereinheiten in den Modulen auf die Rückwandeinheit bzw. die Abdichtung der die elektrischen Steckverbinderteile aufnehmenden Hohlräume zu verbessern.

Um die Modularität des erfindungsgemäßen Mikrofluidiksystems zu erhöhen und beispielsweise auch Subsysteme bilden und miteinander verbinden zu können, ist die Rückwandeinheit in vorteilhafter Weise aus Rückwandsegmenten zusammenfügbar, die an den Fügestellen Verbindungsanschlüsse für die in den Rückwandsegmenten enthaltenen Leitungsbussegmente und gegebenenfalls Fluidleitungssegmente aufweisen. Die Rückwandsegmente weisen jeweils eine vorgegebene Anzahl von Montageplätzen für die Module auf und erlauben es, Rückwandeinheiten beliebiger Länge zu bilden.

Wie bereits erwähnt, können Zusatzeinrichtungen, insbesondere makrofluidische Einheiten, wie z. B. Pumpen, Ventile usw., innerhalb der Module angeordnet werden. Soweit diese in den einzelnen Modulen keinen Platz mehr finden oder nicht modulspezifische, sondern übergeordnete Funktionen wahrnehmen, wie z. B. bei übergeordneten Einheiten für die Prozessüberwachung oder beispielsweise Druckerzeuger für Hilfsfluide (z. B. Druckluft), kann vorgesehen werden, dass die Rückwandeinheit auf ihrer von den Modulen abgewandten Seite Montageplätze mit Anschlüssen zur Montage und zum Anschließen dieser Zusatzeinrichtungen aufweist.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im Folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen; im Einzelnen zeigen:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel für ein an einer Rückwandeinheit gehaltenes Modul in Seitenansicht,

2 eine Rückansicht des Moduls,

3 eine Vorderansicht des Moduls an der Rückwandeinheit zusammen mit einem weiteren benachbarten Modul,

4 die Oberseite des Moduls,

5 ein weiteres Ausführungsbeispiel für das Modul,

6 ein Beispiel für die Montage der Verbindungsteile bei dem Ausführungsbeispiel nach 5,

7 ein alternatives Ausführungsbeispiel für die Rückwandeinheit,

8 ein Beispiel für die Montage der Mikrofluidikeinheiten und Verbindungsteile an der Vorderseite der Module und

9 noch ein Beispiel für das Modul.

1 zeigt in Seitenansicht ein Modul 1, das an einer Rückwandeinheit 2 gehalten ist und mit seiner Rückseite 3 an dieser anliegt. 2 zeigt eine Rückansicht und 3 eine Vorderansicht des Moduls 1, welches zusammen mit weiteren Modulen 4 in einer Reihe nebeneinander an der Rückwandeinheit 2 gehalten ist. Die Oberseite 5 des Moduls 1 ist in 4 dargestellt.

Das Modul 1 enthält eine Mikrofluidikeinheit 6, hier in Form eines planaren Mikrofluidikteils, das im Bereich der Oberseite 5 des Moduls 1 parallel zu dieser angeordnet und gehalten ist. Das Mikrofluidikteil 6 enthält in seinem Inneren Fluidkanäle 7, die je nach Funktion des Moduls 1 beispielsweise einen Reaktor, einen Mischer oder eine Verweilstrecke für Fluide oder mehrere solche Funktionseinheiten bilden und im Wesentlichen parallel zu den beiden großflächigen Hauptzeiten des planaren Mikrofluidikteils 6 verlaufen. Diejenigen Fluidkanäle 7, die zur Verbindung mit Fluidkanälen in den Mikrofluidikteilen benachbarter Module, hier z. B. das Modul 4, vorgesehen sind, münden in Fluidanschlüssen 8, die auf der nach oben gewandten Hauptseite des Mikrofluidikteils 6 in zu den benachbarten Modulen nahen Bereichen enthalten sind. Weitere Fluidanschlüsse 9 auf der nach unten gewandten Hauptseite des Mikrofluidikteils 6 dienen zum Anschluss weiterer mikrofluidischer oder makrofluidischer Einheiten, hier z. B. einer Pumpe 10. Diese weiteren mikro- oder makrofluidischen Einheiten 10 sind innerhalb des Moduls 1 in einem Raum unter dem Mikrofluidikteil 6 untergebracht.

Die Mikrofluidikteile 6 der jeweils benachbarten Module 1 und 4 sind über Verbindungsteile 11 mit darin enthaltenen Verbindungskanälen 12 miteinander fluidisch verbunden. Die Verbindungsteile 11 sind dazu von außen gegen die Mikrofluidikteile 6 montierbar, wobei sie jeweils die Mikrofluidikteile 6 der unmittelbar benachbarten Module 1 und 4 überbrücken und über ihre Verbindungskanäle 12 die Fluidanschlüsse 8 der jeweils benachbarten Mikrofluidikteile 6 miteinander verbinden. Bei Modulen 1, die als Endmodule in der Reihe nur ein Nachbarmodul 4 haben, dient das auf der Seite mit dem fehlenden Nachbarmodul montierte Verbindungsteil 11 zum Anschluss externer Fluidleitungen 13 zur Ver- und Entsorgung der Modulreihe mit bzw. von Fluiden. Auf ihrer Oberseite 5 weisen die Module 1, 4 betätigbare Verriegelungsteile 14 auf, mit denen die Verbindungsteile 11 gegen die Mikrofluidikteile 6 gepresst werden.

Wie 1 zeigt, enthält das Modul 1 eine elektrische Steuereinheit 15, die Funktionen, wie z. B. Ventilstellungen oder Analysenvorgänge, in der Mikrofluidikeinheit 6 und/oder den zusätzlichen fluidischen Einheiten 10 steuert, und Messwerte, wie z. B. Temperatur, Druck, Durchfluss oder Analysenergebnisse, von den Einheiten 6 und/oder 10 erfasst. Die Steuereinheit 15 ist in dem Modul 1 an dessen Rückseite 3 angeordnet und so von der Mikrofluidikeinheit 6 thermisch entkoppelt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Steuereinheit 15 auf einem Wärmeleitkörper 16 montiert, der im Bereich der Rückseite 13 des Moduls 1 innerhalb einer Ausnehmung 17 angeordnet ist, wobei die Steuereinheit 15 auch innerhalb der Ausnehmung 17 zu liegen kommen kann. Die Ausnehmung 17 ist von einer Dichtung 18 umgeben und bildet mit der Rückwandeinheit 2, an der das Modul 1 gehalten ist, einen geschlossenen abgedichteten Hohlraum 19.

Die Rückwandeinheit 2 enthält einen elektrischen Leitungsbus 20 mit Daten- und Energieversorgungsleitungen, eine Zwangskühlung 21, hier in Form eines Kühlmittelkreislaufs, sowie mehrere Fluidleitungen 22, 23, 24 zur Führung von Hilfsfluiden, wie z. B. Kühlflüssigkeiten für die Mikrofluidikeinheiten 6, Druckluft zur Steuerung pneumatischer Einheiten 10 oder Spülgas zum Spülen des Hohlraums 19. Die Zwangskühlung 21 ist derart angeordnet, dass sie der elektrischen Steuereinheit 15 in dem Modul 1 direkt gegenüberliegt, so dass die Abwärme der elektrischen Steuereinheit 15 über den Wärmeleitkörper 16 und gegebenenfalls ein Wärmeleitgummi 25 unmittelbar in die Rückwandeinheit 2 mit der dort vorhandenen Zwangskühlung 21 eingeleitet wird. Die elektrische Verbindung zwischen der Steuereinheit 15 und dem elektrischen Leitungsbus 20 erfolgt durch an der Rückwandeinheit 2 und der Rückseite 3 des Moduls 1 angeordnete elektrische Steckverbinderteile 26 und 27. Ebenso erfolgt die fluidische Verbindung zwischen den fluidischen Einheiten 6 und 10 und den Fluidleitungen 23 und 24 durch fluidische Steckverbinderteile 28, 29 bzw. 30, 31. Die Fluidleitung 22 versorgt über einen Abzweig 32 den Hohlraum 19 mit einem Spülgas, so dass in den Hohlraum 19 von außen keine entzündlichen Gasgemische eindringen können. Der elektrische Leitungsbus 20, die Fluidleitungen 22, 23, 24 und der Kühlmittelkreislauf 21 weisen zusätzliche Verbindungsanschlüsse 33 bis 38 an der senkrechten Schmalseite der Rückwandeinheit 2 auf.

Die Rückwandeinheit 2 weist in ihrem oberen Bereich eine Montageschiene 39 auf, an der das Modul 1 mittels einer Einhängvorrichtung 40 eingehängt ist. Zur Fixierung des Moduls 1 und zum Anpressen seiner Rückseite 3 mit dem Wärmeleitkörper 16 und der dem Hohlraum 19 umgebenden Dichtung 18 gegen die Rückwandeinheit 2 ist im unteren Bereich eine Schraubverbindung 41 vorgesehen.

Das in 5 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem vorangegangenen dadurch, dass nicht das Mikrofluidikteil 6, sondern die Verbindungsteile 11 unmittelbar an dem Modul 1 gehalten sind, wobei die Verbindungsteile 11 mit ihren nach außen, d. h. nach oben, gewandten Hauptseiten eine Referenzebene für die Mikrofluidikteile 6 bilden, welche von außen gegen die Verbindungsteile 11 gepresst werden. Sowohl die für die Verbindung mit den benachbarten Mikrofluidikteilen als auch die zur Verbindung mit den zusätzlichen fluidischen Einheiten 10 dienenden Fluidanschlüsse 8 bzw. 9 liegen auf einer einzigen, nämlich der nach unten gewandten Hauptseite des Mikrofluidikteils 6. Auf der davon abgewandten oberen Hauptseite wird das Mikrofluidikteil 6 an den den Fluidanschlüssen 8 bzw. 9 gegenüberliegenden Stellen über Andruckelemente 42, hier Federbeine, die in einem aufklapp- und schließbaren Deckelteil 43 des Moduls 1 angeordnet sind, elastisch gegen die Verbindungsteile 11 gepresst.

6 zeigt ein Beispiel für die Halterung der Verbindungsteile in einem direkt an dem Modul 1 montierbaren Aufnahmeteil 44, wobei auf der den Mikrofluidikteilen 6 zugewandten Oberseite ein Schablonenteil 45 mit den Fluidanschlüssen 8 in dem Mikrofluidikteil 6 gegenüberliegenden Öffnungen 46 zur Aufnahme von Dichtungsringen 47 aufliegt.

7 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel für die Rückwandeinheit 2, die aus Rückwandsegmenten 48, 49 zusammengefügt ist. Die Rückwandsegmente 48, 49 weisen an den Fügestellen 50 Verbindungsanschlüsse 51, 52 für die in den Rückwandsegmenten 48, 49 enthaltenen Leitungsbussegmente 53 und Fluidleitungssegmente 54 auf. Zusätzlich weist die Rückwandeinheit 2 auf ihrer von den Modulen abgewandten Seite Montageplätze 55 zum Anbringen von Zusatzeinrichtungen 56, wie z. B. Druckerzeuger für Hilfsfluide, auf, die mit den Leitungen in der Rückwandeinheit 2 oder, wie hier gezeigt, über Anschlüsse 57 in der Rückwandeinheit 2 mit den daran gehaltenen Modulen verbindbar sind.

8 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit zwei Modulen 1 und 4, bei denen die Mikrofluidikteile 6 und die sie verbindenden Verbindungsteile 11 an der Vorderseite der Module 1 und 4 angeordnet sind. Dabei werden in gleicher Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel nach 4 die Verbindungsteile 11 mit Hilfe von Verriegelungsteilen 14 von außen gegen die Mikrofluidikteile 6 gepresst. Weitere fluidische Zusatzeinrichtungen 10 können außen an den Modulen 1 und 4 montiert werden, wobei sie über Fluiddurchführungen in einem Dichtungsteil 58 mit dem Mikrofluidikteil 6 fluidisch verbunden werden.

Schließlich zeigt 9 in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Mikrofluidikeinheit 6 unmittelbar in dem Modul 1 gehalten ist und die Verbindungsteile 11 von außen gegen die Mikrofluidikeinheit 11 montierbar sind. Die Mikrofluidikeinheit 6 besteht aus einer Fluidverteilerplatte 59, an deren Oberseite die Verbindungsteile 11 unter Druck anliegen und auf der mehrere Mikrofluidik-Untereinheiten 60 nebeneinander aufgebracht sind. An der Unterseite der Fluidverteilerplatte 59 sind weitere fluidische Zusatzeinrichtungen 10 montierbar.


Anspruch[de]
  1. Mikrofluidiksystem, bestehend aus in einer Reihe nebeneinander angeordneten Modulen (1, 4), die jeweils eine Mikrofluidikeinheit (6) und eine zugehörige elektrische Steuereinheit (15) enthalten,

    – wobei die Module (1, 4) mit ihren Rückseiten (3) an einer gemeinsamen senkrechten Rückwandeinheit (2) anliegen und an dieser gehalten sind,

    – wobei in den Modulen (1, 4) die jeweilige Steuereinheit (15) im Bereich der Rückseite (3) und die Mikrofluidikeinheit (6) in einem von der Rückseite (3) entfernten Bereich angeordnet ist,

    – wobei die Steuereinheiten (15) über an den Rückseiten (3) der Module (1, 4) und an der Rückwandeinheit (2) angeordnete elektrische Steckverbinderteile (26, 27) mit einem in der Rückwandeinheit (2) verlaufenden elektrischen Leitungsbus (20) verbindbar sind und

    – wobei die Mikrofluidikeinheiten (6) jeweils zweier benachbarter Module (1, 4) über ein Verbindungskanäle (12) enthaltendes und die betreffenden Module (1, 4) überbrückendes Verbindungsteil (11) miteinander fluidisch verbunden sind.
  2. Mikrofluidiksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheiten (15) in den Modulen (1, 4) nur zur Ausübung modulspezifischer Funktionen ausgebildet sind und dass darüber hinaus gehende, modulübergreifende Funktionen durch eine zusätzliche Steuereinheit ausgeübt werden, die in der Rückwandeinheit integriert oder an dieser gehalten ist.
  3. Mikrofluidiksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrofluidikeinheiten (6) im Bereich der Oberseite (5) der jeweiligen Module (1, 4) angeordnet sind und dass weitere mikrofluidische und/oder makrofluidische Einheiten (10) in den Modulen (1, 4) unterhalb der betreffenden Mikrofluidikeinheit (6) angeordnet und mit dieser fluidisch verbunden sind.
  4. Mikrofluidiksystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrofluidikeinheiten (6) in den unterschiedlichen Modulen (1, 4) mit jeweils einer Fluidanschlüsse (8) enthaltenden Seite nebeneinander in einer gemeinsamen Ebene liegen und dass die Verbindungsteile (11) in dieser Ebene an den Mikrofluidikteilen (6) anliegen, wobei jeweils zwei benachbarte Mikrofluidikteile (6) von jeweils einem Verbindungsteil (11) teilweise überlappt werden und das Verbindungsteil (11) die in dem Überlappungsbereich liegenden Fluidanschlüsse (8) der benachbarten Mikrofluidikteile (6) über seine Verbindungskanäle (12) miteinander verbindet.
  5. Mikrofluidiksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrofluidikeinheiten als planare Mikrofluidikteile ausgebildet sind.
  6. Mikrofluidiksystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsteile (11) an den Modulen (1, 4) gehalten sind und dass die Mikrofluidikeinheiten (6) von außen gegen die Verbindungsteile montierbar sind.
  7. Mikrofluidiksystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrofluidikeinheiten (6) an den Modulen (1, 4) gehalten sind und dass die Verbindungsteile (11) von außen gegen die Mikrofluidikeinheiten (6) montierbar sind.
  8. Mikrofluidiksystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (1, 4) betätigbare Verriegelungsteile (14) aufweisen, die im Verriegelungszustand die von außen montierbaren Mikrofluidikeinheiten (6) bzw. Verbindungsteile (11) gegen die an den Modulen (1, 4) gehaltenen Mikrofluidikeinheiten (6) bzw. Verbindungsteile (11) pressen.
  9. Mikrofluidiksystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungsteile als Deckelteile (43) ausgebildet sind, die in geschlossenem Zustand die von außen montierbaren Mikrofluidikeinheiten (6) bzw. Verbindungsteile (11) gegen die an den Modulen (1, 4) gehaltenen Mikrofluidikeinheiten (6) bzw. Verbindungsteile (11) pressen.
  10. Mikrofluidiksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (1, 4) über an ihren Rückseiten (3) und an der Rückwandeinheit (2) angeordnete fluidische Steckverbinderteile (28 bis 31) mit mindestens einer in der Rückwandeinheit (2) verlaufenden und mindestens ein Hilfsfluid führenden Fluidleitung (23, 24) verbindbar sind.
  11. Mikrofluidiksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückwandeinheit (2) in ihrem den Steuereinheiten (15) in den Modulen (1, 4) gegenüberliegenden Bereich Mittel (21) zur Zwangskühlung aufweist.
  12. Mikrofluidiksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Modulen (1, 4) die jeweilige elektrische Steuereinheit (15) auf einen Wärmeleitkörper (16) montierbar ist, der mit einer Wärmeübertragungsfläche flächig an der Rückwandeinheit (2) anliegt.
  13. Mikrofluidiksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseiten (3) der Module (1, 4) jeweils mindestens eine Ausnehmung (17) enthalten, die zusammen mit der Rückwandeinheit (2) einen nach außen abgedichteten Hohlraum (19) bildet, in dem die elektrischen Steckverbinderteile (26, 27) zu liegen kommen.
  14. Mikrofluidiksystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Steuereinheit (15) in dem Hohlraum (19) angeordnet ist.
  15. Mikrofluidiksystem nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückwandeinheit (2) eine Fluidleitung (22) für ein Spülfluid verläuft und dass von dieser Fluidleitung (22) Abzweige (32) in die Hohlräume (19) führen.
  16. Mikrofluidiksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (1, 4) im oberen Bereich ihrer Rückseiten (3) Mittel (40) zum Einhängen der Module (1, 4) in eine Einhängvorrichtung (39) im oberen Bereich der Rückwandeinheit (2) aufweisen.
  17. Mikrofluidiksystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (1, 4) im unteren Bereich ihrer Rückseiten (3) Mittel (41) zum Anpressen der Module (1, 4) mit ihren Rückseiten (3) gegen die Rückwandeinheit (2) aufweisen.
  18. Mikrofluidiksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückwandeinheit (2) aus Rückwandsegmenten (48, 49) zusammenfügbar ist, die an den Fügestellen Verbindungsanschlüsse (51, 52) für die in den Rückwandsegmenten (48, 49) enthaltenen Leitungsbussegmente (53) und gegebenenfalls Fluidleitungssegmente (54) aufweisen.
  19. Mikrofluidiksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückwandeinheit (2) auf ihrer von den Modulen (1, 4) abgewandten Seite Montageplätze (55) mit Anschlüssen zur Montage und zum Anschließen von Zusatzeinrichtungen (56) aufweist.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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