Mediums

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Dosiersystem mit einem Dosierkopf zur Aufnahme und Dosierung eines Mediums, der einen Medienzugang, ein oder mehrere Ausga beterminals mit jeweils einem Medienausgang und den Medienzugang mit dem Medienausgang des einen oder den Medienausgängen der mehreren Ausgabe terminals verbindende Fluidleitungen aufweist.

Die Erfindung ist sowohl in das Gebiet der Pipettierköpfe als auch in das Gebiet der fluidischen Lab-on-a-Chip-Systeme einzuordnen. Stand der Technik auf diesen Gebieten ist beispielsweise in den Dokumenten US 2014/0219887 A1 , DE 102020201 143 A1 oder US 2010/0133359 A1 zu finden.

Es sind Pipetten und Mehrkanalpipetten bekannt, die nach dem Hubkolbenprin zip arbeiten. Hiermit assoziierte Probleme sind, dass der Einsatz solcher Pipet ten auf vorgegebene Volumina beschränkt ist, so dass verschiedene Pipettenty pen für verschiedene Volumina verwendet werden müssen, wobei diese wiede rum verschiedene Größen an Pipettenspitzen aufnehmen. Anders gesagt ge nügt für das exakte Pipettieren von Flüssigkeiten mit verschiedenen Volumina nicht nur eine einzige Mehrkanalpipette bzw. ein einziger Mehrkanalpipetten kopf. Dies macht das Verwenden dieser Pipettentypen insbesondere Mehrka nalpipetten in automatisierten Pipettiersystemen aufwendig. Diese Hubkolbenpi petten sind zudem auf ein bestimmtes Druckniveau fixiert, der Druck kann also nicht variiert werden.

Dosierköpfe der eingangs genannten Art lösen diese Probleme. Beispielhaft wird auf die Offenlegungsschrift DE 10 2020 201 143 A1 verwiesen. Beschrie- ben ist darin eine Dosiervorrichtung mit einem Dosierkanalsystem, das sich zwischen einer Fluid-Einspeiseöffnung und einer Mehrzahl von Fluid- Ausgabeöffnungen erstreckt. Das zu dosierende Fluid wird über die Fluid- Einspeiseöffnung eingespeist und kann über die Fluid-Ausgabeöffnungen in dosierter Weise wieder ausgegeben werden. Es wurde auch als prinzipiell mög lich erkannt, das Dosierkanalsystem mit mehreren Fluid-Einspeiseöffnungen auszustatten, um eine gleichzeitige mehrfache Einspeisung des zu dosierenden Fluides oder unterschiedlicher Fluide zu ermöglichen, die innerhalb des Dosier kanalsystems gemischt werden können. Auf diese Weise wird die dosierte Aus gabe eines Fluides in Trägersubstrate, beispielsweise in sogenannte Mikrotiter platten, auf teilweise automatisierte und effiziente Weise ermöglicht.

Aus der Schrift EP 3 189 897 B1 ist eine handgehaltene Flubkolbenpipette mit wechselbaren Pipettenspitzen bekannt, die einen Abwurfmechanismus zum Entfernen der Pipettenspitzen aufweist. Dazu dient ein Abwurfmechanismus mit einem relativ zu einer Pipettenaufnahme linear beweglichen Schieber, der dazu ausgebildet ist, bei Betätigung die Pipettenspitze von der Pipettenaufnahme zu schieben. Zum Betätigen des Abwurfmechanismus ist ein externes Gerät vorge sehen, das an einem eigens dafür vorgesehenen Bedienelement des Abwurf mechanismus angreift. Auf diese Weise wird ein halbautomatischer Pipetten spitzenabwurf realisiert.

Weder die bekannten Dosierköpfe noch die zuvor beschriebenen Pipetten und Mehrkanalpipetten erlauben das Ablassen von Flüssigkeiten in einzelnen Kanä len zu unterschiedlichen Zeiten. Auch sind aus dem Stand der Technik keine Pipettensysteme bekannt, bei denen unterschiedliche Pipettenspitzen zum Einsatz kämen oder mittels automatischer Pipettenspitzenabwurfmechanismen abgeworfen werden könnten. Die bekannten Dosier- oder Pipettensysteme sind daher für einen universellen Einsatz nur eingeschränkt tauglich. Anders als bei der Ausgabe von Fluiden in Mikrotiterplatten wird die Fluidik bei der Ansteuerung von mikrofluidischen Lab-on-Chip-Systemen überwiegend über mindestens eine in einem Betreibergerät verbaute Spritzenpumpe oder ähnli ches betrieben. Fluidische Schnittstellen zum Anschluss eines mikrofluidischen Chips, hierin auch unter dem allgemeineren Begriff „Analysekartusche“ sub- summiert, sind meistens fest in dem Betreibergerät verbaut. Für die zuverlässi ge Verbindung des Betreibergeräts mit der mikrofluidischen Kartusche sind beispielsweise Positionsstifte und ein Mechanismus zum Positionieren des Chips und Abdichten der Schnittstelle notwendig. Viele Chipsysteme besitzen eine komplexe Infrastruktur zum Aufteilen von Proben oder Reagenzien, sowie Mischstrukturen und sonstige funktionelle Struktureinheiten (u. a. Ventile). Die fluidischen Schnittstellen und der Chipaufbau sind daher komplex. Abzuarbei tende Prozessabläufe bei aufwendigen Protokollen sind komplex und fehleran fällig, z. T. auch nicht umsetzbar, insbesondere, wenn von großen Probenvolu mina ausgegangen werden muss, die nachfolgend im System zu kleinen Analyt- volumina prozessiert werden. Die Fertigung ist zeitaufwendig und kostspielig.. Insbesondere die automatisierte Bestückung des Chipsystems mit Reagenzien stellt sich als schwierig dar. Zudem sind die Betreibergeräte und Chipsysteme starr in ihrer Anwendung, da Sie jeweils für feste, d. h. immer wiederkehrende Abläufe konzipiert sind. Es mangelt insofern an Flexibilität.

Diese und zahlreiche weitere Probleme werden durch die Erfindung gelöst, die deshalb in einem erheblich erweiterten Aufgabengebiet einsetzbar ist. Die Auf gabe ist demgemäß ein hochgradig automatisierbares Dosiersystem für ein breites Anwendungsspektrum bereitzustellen.

Die Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Dosier system mit einem Dosierkopf zur Aufnahme und Dosierung eines Mediums und wenigstens einem Anschlussstück, wobei der Dosierkopf einen Medienzugang, ein oder mehrere Ausgabeterminals mit jeweils einem Medienausgang und den Medienzugang mit dem Medienausgang des einen oder den Medienausgängen der mehreren Ausgabeterminals verbindende Fluidleitungen aufweist, wobei das eine oder die mehreren Ausgabeterminals jeweils eine Verbindungsstruktur zur Aufnahme und ein Verriegelungselement zur lösbaren Fixierung von jeweils einem Anschlussstück aufweist, wobei das Anschlussstück einen Fluidkanal und eine Verbindungsstruktur aufweist, wobei die Verbindungsstruktur des Ausgabe terminals und die Verbindungsstruktur des Anschlussstücks in einer Einsteck richtung ineinander steckbar sind und im eingesteckten Zustand der Fluidkanal und der Medienausgang fluidisch kommunizieren, wobei das Verriegelungsele ment in und/oder an dem Ausgabeterminal aus einer Verriegelungsstellung in eine Freigabestellung und umgekehrt überführbar angeordnet ist, und wobei das Verriegelungselement in der Verriegelungsstellung das Anschlussstück im ein gesteckten Zustand arretiert und in der Freigabestellung freigibt.

Der Dosierkopf kann zur Ausgabe verschiedener Medien eingerichtet sein. Darunter sind Reagenzien oder auch Transportmedien, wie Luft, oder Spülmedien zu verstehen. Funktional betrachtet kann also eins der Medien als Aktuator genutzt werden und das oder die anderen können Verbrauchsmedien sein. Unabhängig von der Medienfunktion und dem Aggregatszustand werden hierin für die Förderung der Medien durch die Fluidikstruktur vereinheitlichend die Begriffe Dosieren, Verteilen, Bewegen, Transportieren oder eben Fördern verwendet.

Vorbereitende Arbeiten außerhalb der mikrofluidischen Kartusche können im erfindungsgemäßen Dosierkopf in Einheiten zwischen 1 - 10.000 pL ausgeführt werden. Mit dem gleichen Dosierkopf können dann Volumina auf der mikrofluidi schen Kartusche in sehr viel kleineren Volumina von typischerweise 10 - 500 pL prozessiert werden. Die pro Prozessschritt zu bewegenden Volumina liegen daher vorzugsweise im Bereich kleiner 10 ml, bei Betrieb einer mikrofluidischen Kartusche vorzugsweise kleiner oder gleich 1 ml, und größer oder gleich 1 pL. Im erfindungsgemäßen Dosierkopf sind die kleinsten Strukturgrößen der Flu idstruktur quer zur Strömungsrichtung kleiner als 5 mm, vorzugsweise kleiner 2 mm, besonders bevorzugt kleiner als 1 mm.

Der Dosierkopf weist ein Substrat, beispielsweise aus einem Polymermaterial, Metall, Nichteisenmetall, Silizium, Glas oder Keramik auf, in dem die Fluidlei tungen als Kanäle ausgebildet sind. Die Ausgabeterminals sind an das Substrat vorzugsweise einstückig angeformt. Beispielsweise kann der Dosierkopf mittels Prägen, Spritzguss- oder Tiefziehtechnik oder mittels additiver Fertigungsver fahren (3D-Druck) hergestellt werden. Wahlweise können die Fluidikstrukturen auch abschnittsweise gebohrt oder mittels Erodierverfahren in das Substratma terial eingearbeitet sein.

Medienzugänge, Medienausgänge und Fluidleitungen stehen mit den Medien in Kontakt und werden hierin neben weiteren medienführenden Elementen unter dem Begriff Fluidikstruktur zusammengefasst. Als Ausgabeterminal wird die funktionale Einheit des Dosierkopfes um die Medienausgänge bezeichnet.

Der Dosierkopf kann beispielsweise als Ein- oder Mehrkanalpipette verwendet werden. Dessen Anwendung ist aber nicht auf den Flüssigkeitstransfer mit Pipettenspitzen beschränkt. Vielmehr kann der Dosierkopf über das Anschluss stück auch mit anderen Verbindungselementen ausgestattet werden. Das An schlussstück ist dementsprechend zur Aufnahme eines Verbindungselements eingerichtet. Als Verbindungselement kommen beispielsweise in Betracht: Dich telemente, insbesondere Dichtringe, Pipettenspitzen, Kapillare, Dosiernadeln, Kanülen, Luer-Verbinder, Kanalmündungen mit Dichtelement, Düsen oder mik- rofluidischer Kopfadapter. Über das Verbindungselement werden die Medien aus dem Dosierkopf in ein konnektiertes Trägersubstrat, wie beispielsweise eine Mikrotiterplatte, oder eine mikrofluidische Kartusche ausgegeben. Als Kopfadap ter wird ein Verbindungselement zwischen einem oder vorzugsweise mehreren Anschlussterminals und einem oder vorzugsweise mehreren Eingängen einer mikrofluidischen Kartusche bezeichnet. Er ist dementsprechend eigens für die Verwendung zusammen mit einer bestimmten mikrofluidischen Kartusche ange passt. Als Dichtelement für die Kanalmündung kann eine Elastomerdichtung oder ein angeformtes elastisches Dichtelement, beispielsweise in Form einer Dichtlippe, oder einfach eine konische oder ebene Dichtfläche in Betracht kom men.

Wenn vorgesehen ist, dass der Dosierkopf eine Mehrzahl von Anschlusstermi nals aufweist, und diese getrennt voneinander ansteuerbar sind, kann er auch gleichzeitig mit unterschiedlichen Verbindungselementen bestückt werden und/oder teilweise unbestückt bleiben.

Die Erfindung schafft die Grundlage für eine universelle Einsatzmöglichkeit des Dosierkopfes und insbesondere dafür, eine Mehrzahl von unterschiedlichen fluidischen Verbindungsmöglichkeiten zwischen dem Dosierkopf und einem Trägersubstrat, wie beispielsweise einer Mikrotiterplatte oder mit einer mikroflui dischen Kartusche bereitzustellen, je nachdem, welche Anwendung der Dosier kopf gerade bedient. Das Anschlussstück dient insofern nicht nur als Universa ladapter zur Aufnahme einer Vielzahl von Verbindungselementen, sondern es sorgt zugleich dafür, dass die Abwurffunktion unabhängig von dem jeweiligen Verbindungselement zuverlässig funktioniert.

Die Verbindungsstrukturen des Ausgabeterminals und des Anschlussstücks sind zunächst einmal Einführhilfen, die ein Einführen des Anschlussstückes in das Ausgabeterminal oder umgekehrt erleichtern und mittels eines gewissen Form schlusses eine fluidische Verbindung zwischen dem Fluidkanal des Anschluss stücks und dem Medienausgang des Ausgabeterminals sicherstellen. Das Ver riegelungselement ist ein zwischen mindestens zwei Stellungen in und/oder an dem Ausgabeterminal bewegbar angeordnetes Element mit der Funktion das Anschlussstück entweder an dem Ausgabeterminal zu halten oder es zwecks Wechsel freizugeben. Das Verriegelungselement kann einstückig (monolithisch) mit dem Ausgabeterminal verbunden sein. Beispielsweise kann es mittels eines Festkörpergelenks beweglich an diesem angeordnet sein. Es kann weiterhin als elastische Schnappverbindung ausgebildet sein. Alternativ kann das Verriege lungselement als separates Bauteil ausgeführt sein.

Bevorzugt ist das Verriegelungselement in und/oder an dem Ausgabeterminal aus der Freigabestellung in eine Auswurfstellung überführbar angeordnet, wobei das Verriegelungselement ein Auswurfmittel umfasst, das eingerichtet ist das Anschlussstück beim Überführen in die Auswurfstellung entgegen der Einsteck richtung zu bewegen.

Somit verkörpert das Verriegelungselement zugleich einen Auswerfer, der das Anschlussstück (samt Verbindungselement) nach Gebrauch entgegen der Ein steckrichtung bewegt, und somit aktiv abwirft. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn sich das Anschlussstück beispielsweise aufgrund von Adhäsion oder einer Klemmung trotz Freigabe nicht allein aufgrund der Schwerkraft von dem Ausga beterminal löst.

Weiterhin weist das Ausgabeterminal bevorzugt ein erstes Dichtelement und das Anschlussstück ein zweites Dichtelement auf, wobei das erste und das zweite Dichtelement in der Verriegelungsstellung fluiddicht gegeneinander an gedrückt sind. Das erste Dichtelement kann beispielsweise eine Dichtfläche oder eine Dichtlippe oder eine Elastomerdichtung sein, die im verbundenen Zustand an einem komplementären Dichtelement des zweiten Dichtelements anliegt, oder umgekehrt.

Besonders bevorzugt sind die ersten und zweiten Dichtelemente korrespondie rende Mündungen des Medienausgangs und des Fluidkanals umschließend angeordnet. Diese Form der Abdichtung hat insbesondere den Vorteil, dass bei zwei Medienausgängen und zwei korrespondierenden Fluidkanälen eine separa te Abdichtung beider Fluidleitungen erfolgt und an der Schnittstelle keine Mi schung der Medien stattfindet.

Weiterhin bevorzugt sind die ersten und zweiten Dichtelemente in Einsteckrich tung axial wirkende Dichtelemente. Axialdichtungen haben gegenüber Radial dichtungen oder Konusdichtungen aufgrund fehlender Klemmung den Vorteil, dass sich das Anschlussstück in der Freigabestellung leichter von dem Ausga beterminal lösen lässt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Verbindungsstruktur des Anschlussstücks einen zylinderförmigen Schaft und die Verbindungsstruktur des Ausgabeterminals eine korrespondierende Zylinderbohrung umfassen, in die der Schaft einsteckbar ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verriegelungselement ent lang einer Führungslinie quer zur Einsteckrichtung zwischen der Verriegelungs stellung und der Freigabestellung verschiebbar geführt. Es handelt sich hierbei um eine translatorische Bewegung. Eine andere Ausführungsform sieht eine Drehführung vor, wobei das Verriegelungselement eine Art Drehschalter bildet.

Bevorzugt umfasst das Verriegelungselement wenigstens zwei sich entlang der Führungslinie erstreckende Riegel und das Ausgabeterminal wenigstens zwei jeweils korrespondierende Führungen, in der die Riegel verschiebbar geführt sind. Flierdurch wird das Verriegelungselement entlang der Führung linear be wegt und ist durch eine doppelte Führung besser gegen ein Verkanten gesi chert. Dabei sind die wenigstens zwei Riegel in der Verriegelungsstellung vorzugswei se den Schaft gabelartig umgreifend angeordnet, was die Voraussetzung für eine symmetrische Krafteinleitung beim Andrücken in der Verriegelungsstellung und beim Auswerfen sorgt.

Vorteilhaft ist es auch, wenn die Verbindungsstruktur des Anschlussstücks eine Hinterschneidung aufweist und wenigstens ein Riegel in der Verriegelungsstel lung an der Hinterschneidung angreifend angeordnet ist. Die Hinterschneidung des Anschlussstücks ist ein konstruktives Element, welches mit dem Verriege lungselement in der Verriegelungsstellung formschlüssig der Gestalt zusam menwirkt, das Anschlussstück nicht aus der Aufnahme, d. h. der Verbindungs struktur des Ausgabeterminals, entnommen werden kann. Die Hinterschneidung kann beispielsweise in Form einer Nut, einer Bohrung oder sonstigen Öffnung, eines Vorsprungs oder eines Absatzes in der Verbindungsstruktur, insbesonde re in dem Schaft, ausgebildet sein

Bevorzugt weist wenigstens ein Riegel einen in Einsteckrichtung hervorstehen den Andrücknocken auf, der in der Verriegelungsstellung an der Hinterschnei dung angreift. Der Andrücknocken ist so ausgeprägt, dass er durch eine Krafteinleitung in Einsteckrichtung über die Hinterschneidung in das Anschluss stück das Dichtelement des Anschlussstücks unter elastischer Verformung gegen das Dichtelement des Ausgabeterminals andrückt. Verformen kann sich dabei eines der Dichtelemente oder der Riegel oder der Andrücknocken selbst, je nachdem, wie die Verformbarkeit der einzelnen Elemente ausgelegt ist. Ent scheidend ist, dass das Anschlussstück in der Verriegelungsstellung auf diese Weise fluiddicht an das Ausgabeterminal gekoppelt ist. Ein entsprechend wir kender Andrücknocken ließe sich auch einem drehgeführten Verriegelungsele ment, beispielweise in Form eines Exzenters, ausbilden. Weiterhin vorteilhaft weist wenigstens ein Riegel einen entgegen der Einsteck richtung hervorstehenden Auswurfnocken auf, der das Auswurfmittel bildet. In ähnlicher Weise wie der Andrücknocken wirkt der Auswurfnocken mit einer Fläche (Absatz, Stirnfläche, etc.) des Anschlussstücks zusammen und leitet eine Kraft entgegen der Einsteckrichtung ein, die das Anschlussstück entgegen der Einsteckrichtung bewegt, und damit aktiv abwirft. Auch ein entsprechend wirkender Auswurfnocken ließe sich an einem drehgeführten Verriegelungsele ment, beispielweise in Form eines Exzenters, ausbilden.

Besonders bevorzugt sind der Andrücknocken und der Auswurfnocken entlang der Führungslinie versetzt zueinander angeordnet. Im Fall eines drehgeführten Verriegelungselements wären der Andrücknocken und der Auswurfnocken winkelversetzt anzuordnen.

Weiterhin bevorzugt umfasst das Verriegelungselement vier sich entlang der Führungslinie erstreckende, vier parallele Kanten eines rechteckigen Quaders aufspannende Riegel und das Ausgabeterminal vier jeweils korrespondierende Führungen, in der die Riegel verschiebbar geführt sind. Flierdurch wir eine in zwei Raumrichtungen noch besser definierte Führung sichergestellt. Dabei definieren besonders bevorzugt zwei der vier Riegel eine erste Ebene senkrecht zur Einsteckrichtung und die beiden anderen der vier Riegel eine zweite Ebene senkrecht zur Einsteckrichtung, wobei die erste Ebene bezogen auf die Ein steckrichtung dem Anschlussstück zugewandt ist und davon beabstandet die zweite Ebene dem Dosierkopf zugewandt ist.

In diesem Fall weisen die zwei die erste Ebene definierenden Riegel jeweils den in Einsteckrichtung hervorstehenden Andrücknocken und die zwei die zweite Ebene definierenden Riegel jeweils den entgegen der Einsteckrichtung hervor stehenden Auswurfnocken auf. Das Anschlussstück weist besonders bevorzugt auf einer der Verbindungsstruk tur des Anschlussstücks abgewandten Seite eine Universalaufnahme auf, die eingerichtet ist wenigstens zwei Verbindungselemente mit unterschiedlicher Anschlussstruktur aufzunehmen.

Grundsätzlich ist das Anschlussstück geeignet, ein Verbindungselement fluid dicht aufzunehmen. Es weist dazu ein Dichtelement auf, das durch eine Dicht fläche oder eine Dichtlippe oder eine Elastomerdichtung gebildet sein kann, die im verbundenen Zustand an einem komplementären Dichtelement des Verbin dungselementes anliegt. Das Anschlussstück kann beispielsweise einen kegel stumpfförmigen Ansatz als Aufnahme umfassen, auf den eine Pipettenspitze mit komplementärer Innenfläche unmittelbar fluiddicht aufgesteckt werden kann. Eine Abdichtung wird dann über die aneinander anliegenden Kegelflächen erzielt. Das Anschlussstück kann auch eine Bohrung oder eine konische Sen kung als Aufnahme aufweisen, in die beispielsweise eine Kanüle mit komple mentärer Außenfläche fluiddicht eingesteckt werden kann. In der Regel ist der Konus der Dichtflächen des Anschlussstückes einerseits und des Verbindungs elements andererseits so ausgebildet, dass das Verbindungselement kraft schlüssig durch Klemmung auf oder in der jeweiligen Aufnahme des Ausgabe terminals bzw. des Anschlussstückes fixiert ist.

Im Fall einer Universalaufnahme umfasst das Anschlussstück eine Mehrzahl von verschiedenen solcher Dichtflächen zur fluiddichten Aufnahme von Verbin dungselementen mit unterschiedlichen Dichtflächen.

Neben dem Dichtelement kann das Anschlussstück zusätzlich ein Rastelement umfassen, das mit einem komplementären Rastelement an dem Verbindungs element der Gestalt zusammenwirkt, dass das Verbindungselement im verbun denen Zustand formschlüssig an dem Anschlussstück gehalten wird. Wo solche Rastelemente vorhanden sind, umfassen die Begriffe „Universalaufnahme“ und „Anschlussstruktur“ jeweils sowohl die Dichtelemente als auch eben jene Ras telemente.

Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das eine oder die mehreren Aus gabeterminals jeweils wenigstens zwei fluidisch getrennte Medienausgänge aufweisen und dass das Anschlussstück wenigstens zwei fluidisch getrennte Fluidkanäle aufweist, wobei im eingesteckten Zustand jeder der wenigstens zwei Fluidkanäle mit jeweils einem der wenigstens zwei Medienausgänge flui disch kommuniziert. Dadurch, dass das eine oder mehrere Ausgabeterminals jeweils wenigstens zwei Medienausgänge aufweisen, können unterschiedliche Terminals beispielswiese verschiedene Medien zu gleichen Zeitpunkten und/oder auch sequentiell verschiedenen Medien ausgeben.

Weiterhin bevorzugt weist in diesem Fall das Ausgabeterminal ein erstes Dich telement und das Anschlussstück ein zweites Dichtelement auf, wobei das erste und das zweite Dichtelement in der Verriegelungsstellung fluiddicht gegenei nander angedrückt sind und wobei die ersten und zweiten Dichtelemente kor respondierende Mündungen jedes Medienausgangs der wenigstens zwei Medi enausgänge und jedes Fluidkanals der wenigstens zwei Fluidkanäle separat umschließend angeordnet sind. Flierdurch können die an den Medienausgängen anstehenden Fluide oder Medien bis zur Mündung der Fluidkanäle in die Ver bindungselemente fluidisch getrennt transportiert werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Anschluss stück optional ein in den Fluidkanal integriertes Funktionselement, insbesondere ein aktiv ansteuerbares Element zum Manipulieren und/oder Detektieren des Mediums, eine passive Mischstruktur, einen aktivierbaren Mischer, eine Heizein richtung, eine Kühleinrichtung, einen passiven oder ansteuerbaren Magneten, eine Elektrode, einen Temperatursensor und/oder ein Mittel zum Zurückhalten eines Zuflusses von Fluiden aus der mikrofluidischen Kartusche in den Dosier kopf auf.

Durch das in dem Anschlussstück integrierte Mittel zum Zurückhalten eines Zuflusses von Fluiden aus der mikrofluidischen Kartusche in den Dosierkopf ist dieses Mittel dem für den Einmalgebrauch konzipierten Anschlussstück zuge ordnet und wird mit dem Anschlussstück nach Gebrauch entsorgt. Damit ist die Kontaminationsgefahr nochmals verringert. Zusätzlich oder alternativ zu dem Anschlussstück kann aber auch weiterhin das Ausgabeterminal und/oder das Verbindungselement Mittel zum Zurückhalten eines Zuflusses von Fluiden durch die Medienausgänge in den Dosierkopf aufweisen. Damit würde die Wahr scheinlichkeit eines Eintritts eines beispielsweise mit der zu untersuchenden Probe kontaminierten Fluides in jeder Stufe von dem Verbindungselement über das Anschlussstück bis zum Dosierkopf verringert. Da sowohl das Verbindungs element als auch das Anschlussstück für den Einmalgebrauch konzipiert sind, ist nur entscheidend, dass in keinem Fall die zu analysierende Probe von der ebenfalls für den Einmalgebrauch konzipierten mikrofluidischen Kartusche bis in den Dosierkopf gelangen darf, wohingegen Verbrauchsmedien im Dosierkopf oder in dem Verbindungselement zeitnah vorgemischt und dann ausdosiert werden könnten.

Bevorzugt ist das Ausgabeterminal und das Verriegelungselement zum automa tischen Abwerfen eines Anschlussstückes eingerichtet. Als Antrieb kommen beispielsweise ein Spindeltrieb, ein Flubmagnet oder dgl. in Betracht. Der An trieb kann im Dosierkopf selbst oder extern angeordnet sein.

Die Aufgabe wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung gelöst durch einen Dosierkopf zur Aufnahme und Dosierung eines Mediums als Bestandteil des vorstehend beschriebenen Dosiersystems, welcher Dosierkopf einen Medi enzugang, ein oder mehrere Ausgabeterminals mit einem Medienausgang und den Medienzugang mit dem Medienausgang des einen oder den Medienaus gängen der mehreren Ausgabeterminals verbindende Fluidleitungen aufweist, wobei das eine oder die mehreren Ausgabeterminals jeweils eine Verbindungs struktur zur Aufnahme und ein Verriegelungselement zur lösbaren Fixierung von jeweils einem Anschlussstück aufweisen, wobei die Verbindungsstruktur einge richtet ist das Anschlussstück in einer Einsteckrichtung aufzunehmen, wobei das Verriegelungselement in dem Ausgabeterminal entlang einer Führungslinie quer zur Einsteckrichtung zwischen einer Verriegelungsstellung und einer Freigabe stellung verschiebbar geführt ist.

Gleichermaßen wird die Aufgabe gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Anschlussstück als Bestandteil des vorstehend beschriebenen Dosiersystems, wobei das Anschlussstück einen Fluidkanal, eine Verbindungs struktur zur Verbindung mit einem Ausgabeterminal eines Dosierkopfes und eine Dichtfläche zur eines Verbindungselementes. Das Verbindungselement ist, wie oben ausgeführt, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Pipettenspitze, Kapillare, Dosiernadel, Kanüle, Luer-Verbinder, Kanalmündung mit Dichtelement, Düse und mikrofluidischer Kopfadapter.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines Dosiersystems mit Dosierkopf und eingesetzten Anschlussstücken;

Figur 2 der Dosierkopf gemäß Figur 1 mit herausgenommenen Anschlus stücken;

Figur 3 eine vergrößerte Ansicht einer Ausführungsform eines Ausgabe terminals im seitlichen Schnitt; Figur 4 eine vergrößerte Ansicht des Ausgabeterminals gemäß Figur 5 in der Ansicht von unten;

Figur 5 eine vergrößerte Ansicht des Anschlussstückes;

Figur 6 ein zu dem Dosierkopf gehöriges Verriegelungselement;

Figur 7 eine vergrößerte Ansicht eines zweiten Anschlussstückes;

Figur 8 eine vergrößerte Ansicht eines dritten Anschlussstückes;

Figur 9 eine vergrößerte Ansicht eines vierten Anschlussstückes;

Figur 10 das Anschlussstück gemäß Figur 10 mit Verbindungselement;

Figur 11 ein fünftes Anschlussstück mit Verbindungselement;

Figur 12 ein sechstes Anschlussstück mit Verbindungselement und

Figur 13 das sechste Anschlussstück gemäß Figur 12 mit angeschlossener mikrofluidischer Kartusche.

Das Dosiersystem 100 gemäß den Figuren 1 bis 4 umfasst einen Dosierkopf 110. Der Dosierkopf 110 weist ein Substrat 111 auf, in dem Fluidikstrukturen eingeformt sind. Die Fluidstrukturen in dem Dosierkopf 110 umfassen in diesem Ausführungsbeispiel zwei Medienzugänge (nicht dargestellt) zur Aufnahme zweier Medien, vier Ausgabeterminals 114 zur Ausgabe der Medien und die die Medienzugänge mit den Ausgabeterminals 114 verbindenden Fluidleitungen 116, 177. Jedes der Ausgabeterminals 114 weist jeweils zwei fluidisch getrennte Medienausgänge 118, 119 auf, vgl. Figur 3.

Diese Ausführungsform des Dosierkopfes 110 beinhaltet keine weiteren funktio nalen Elemente und dient allein der Verteilung zweier Medien auf die vier Medi enausgänge 118, 119 der vier Ausgabeterminals 114. So können die Fluidlei tungen 116, 117 beispielsweise zur getrennten Ausgabe eines über den ersten Medienzugang zugeführten Transportmediums (z.B. Luft) und eines über den zweiten Medienzugang zugeführten Reagenzmediums genutzt werden.

Zum Zweck der Verteilung ist eine Verteilerstruktur vorgesehen, in der sich die mit den Medienzugängen verbundenen Fluidleitungen 116, 117 jeweils in vier mit je einem Medienausgang 118, 119 verbundene Leitungszweige verzweigen. Die Verteilerstruktur umfasst dazu je Fluidleitung 116, 117 jeweils drei Einfach verzweigungen, an der sich die verzweigenden Fluidleitungen 116, 117 jeweils in zwei Leitungszweige aufteilt. Die jeweils drei Einfachverzweigungen sind so angeordnet, dass in jeder Fluidleitungen 116, 117 jeweils zwei Einfachverzwei gungen in Strömungsrichtung aufeinander folgen, wodurch am Ende die m = 2 ² Leitungszweige entstehen.

Das Dosiersystem 100 umfasst ferner vier identische Anschlussstücke 150. Jedes der Anschlusstücke 150 dient als Adapter zwischen den Ausgabetermi nals 114 des Dosierkopfes 110 und einem Verbindungselement (nicht gezeigt). Die Anschlussstücke sind gemäß Figur 1 in einer Einsteckrichtung 156 in die Ausgabeterminals 114 des Dosierkopfes 110 eingesetzt und mittels entlang einer Führungslinie 172 in dem Dosierkopf 110 verschiebbar geführter Verriege lungselemente 170 arretiert. Figur zeigt die Anschlussstücke 150 also im einge steckten Zustand. In Figur 2 ist der Dosierkopf 110 mit entgegen der Einsteckrichtung 156 heraus gezogenen Anschlusstücken 150 dargestellt. Zum Zweck der Entnahme der Anschlusstücke 150 sind die Verriegelungselement 170 entlang der Führungsli nie 172 in Richtung des Dosierkopfes 110 in eine Freigabestellung verschoben. Das Ausgabeterminal 114 bzw. das Anschlussstück 150 sind in diesem Beispiel automatisch oder manuell abwerfbar ausgestaltet. Dabei ist vorgesehen, dass das Anschlussstück 150 zusammen mit dem Verbindungselement nach Ge brauch gewechselt wird. Die Wechselwirkung zwischen dem Verriegelungsele ment 170 und dem Anschlussstück 150 zwecks Auswurf desselben wird im Zusammenhang mit Figur 6 noch genauer beleuchtet.

In den Figuren 3 und 4 ist das Ausgabeterminal 114 aus den Figuren 1 und 2 im seitlichen Schnitt bzw. von unten dargestellt. Das Ausgabeterminal 114 weist eine Verbindungsstruktur 130 zur Aufnahme und ein Verriegelungselement (170, hier nicht gezeigt) zur lösbaren Fixierung des Anschlussstücks 150 auf. Die Verbindungsstruktur 130 ist durch eine Zylinderbohrung 131 mit koaxialem Zentrierzapfen 132 gebildet, zwischen denen ein Ringspalt 133 ausgebildet ist. Das Anschlussstück 150 weist gemäß Figur 5 eine komplementäre Verbin dungsstruktur 154 mit einem Ansatz in Form eines Flohlzylinders 155 auf, der einen zylinderförmigen Schaft bildet und in der Einsteckrichtung 156 form schlüssig in den Ringspalt 133 einsteckbar ist. Der Zentrierzapfen 132 weist zum erleichterten Einführen des Anschlussstücks 150 einen Zentrierkonus 134 auf. Ferner weist das Anschlussstück 150 zwei radial gegenüberliegende paral lele Führungsnuten 158 in der Außenwand des Flohlzylinders 153 auf.

Das Ausgabeterminal 114 weist zwei fluidisch getrennte Medienausgänge 118, 119 auf, die senkrecht zur Darstellungsebene der Figur 3 hintereinander liegen. Das Anschlussstück 150 weist zwei korrespondierende, ebenfalls fluidisch ge trennte Fluidkanäle 152, 153 auf, wobei im eingesteckten Zustand jeder Fluid- kanal 152, 153 des Anschlussstücks 150 mit einem der Medienausgänge 118,

119 des Ausgabeterminals 114 fluidisch kommuniziert.

Ferner weist das Ausgabeterminal 114 auf seiner Unterseite eine Ausnehmung 138 auf zur Aufnahme eines ersten Dichtelements in Form einer ovalen Elasto mer-Scheibe (nicht dargestellt). Das erste Dichtelement ist vorzugsweise unver lierbar mit dem Ausgabeterminal verbunden. Es weist zwei jeweils vollumfäng lich von dem Elastomermaterial umgebene Öffnungen auf, die mit den Mündun gen der beiden Medienausgänge 118, 119 korrespondieren. Das Anschluss stück weist am Boden des Flohlzylinders 155 ein zweites Dichtelement in Form einer Dichtfläche 160 auf, die die zwei Mündungen der beiden Fluidkanäle 152, 153 jeweils vollumfänglich umgibt. In diesem Sinne sind die ersten und zweiten Dichtelemente korrespondierende Mündungen jedes Medienausgangs und jedes Fluidkanals separat, d. h. jeweils einzeln umschließend angeordnet. Sind das erste und das zweite Dichtelement in der Verriegelungsstellung fluiddicht gegeneinander angedrückt bilden sie eine Axialdichtung, die die Fluidleitungen 116, 117 in dem Dosierkopf voneinander fluidisch isoliert in die zwei Fluidkanä len 152, 153 fortsetzt.

Das Anschlussstück 150 dient als Adapter zwischen dem Ausgabeterminal 114 und einem Verbindungselement (nicht dargestellt). Es hat verschiedene stufen förmig abgesetzte Außenquerschnitte 162, 163 zur Aufnahme unterschiedlicher Verbindungselemente. Das Anschlussstück 150 kann daher als Universaladap ter bezeichnet werden, wobei die verschiedenen Außenquerschnitte 162, 163 eine Universalaufnahme bilden. Als Dichtelement zwischen dem Anschlussstück 150 und dem Verbindungselement dienen jeweils komplementäre konische Dichtflächen 164, 165. Der Konus der Dichtflächen des Anschlussstücks 150 und des Verbindungselements ist so ausgebildet, dass das Verbindungselement kraftschlüssig auf oder in der jeweiligen Aufnahme fixiert ist. Zusätzlich ist je dem Außenquerschnitt auch noch ein Rastelement in Form einer Ringnut 166, 167 zugeordnet, das mit einem komplementären Rastelement in Form einer innenliegenden Ringwulst an dem Verbindungselement der Gestalt zusammen wirkt, dass das Verbindungselement im verbundenen Zustand formschlüssig an dem Anschlussstück 150 gehalten wird.

Das Verriegelungselement 170 weist gemäß Figur 6 vier sich entlang der Füh rungslinie 172 quer zur Einsteckrichtung 156 erstreckende, vier parallele Kanten eines rechteckigen Quaders aufspannende Riegel 174, 175, 176, 177 auf. Das Ausgabeterminal 114 umfasst vier hierzu jeweils korrespondierende Führungen in Form von Führungskanälen 136, in der die Riegel 174, 175, 176, 177 entlang der Führungslinie 172 zwischen einer Verriegelungsstellung, einer Freigabestel lung und einer Auswurfstellung translatorisch bewegbar, also verschiebbar geführt sind.

Zwei der vier Riegel 174, 175 definieren eine erste Ebene senkrecht zur Ein steckrichtung 156, die bezogen auf die Einsteckrichtung 156 dem Anschluss stück 150 zugewandt ist. In der Verriegelungsstellung greifen die zwei die erste Ebene definierenden Riegel 174, 175 in die im eingesteckten Zustand korres pondierenden Führungsnuten 158 in der Außenwand des Flohlzylinders 153 des Anschlussstücks 150 ein, wodurch das Verriegelungselement 170 das An schlussstück 150 arretiert. Die beiden anderen der vier Riegel 176, 177 definie ren eine zweite Ebene senkrecht zur Einsteckrichtung 156, die bezogen auf die Einsteckrichtung 156 dem Dosierkopf 110 zugewandt ist.

Die zwei die erste Ebene definierenden Riegel 174, 175 weisen jeweils einen in Einsteckrichtung 156 hervorstehenden Andrücknocken 178 und jeweils eine Freimachung 180 für den Flohlzylinder 155 des Anschlussstückes 150 auf. Die Andrücknocken 178 greifen in der Verriegelungsstellung an den nach unten weisenden Flächen 159 der Führungsnuten 158 an, die eine Flinterschneidung bilden. Die Andrücknocken 178 sind so ausgeprägt, dass sie durch eine Krafteinleitung in Einsteckrichtung über die Flächen 159 bzw. Hinterschneidung in das Anschlussstück 150 die Dichtfläche 160 des Anschlussstücks 150 unter elastischer Verformung der Elastomer-Scheibe gegen das Ausgabeterminal 114 andrückt. Auf diese Weise wird das Anschlussstück 150 fluiddicht an das Aus gabeterminal 114 gekoppelt.

Die zwei die zweite Ebene definierenden Riegel 176, 177 weisen jeweils einen entgegen der Einsteckrichtung 156 hervorstehenden Auswurfnocken 179 auf. Die Andrücknocken 178 und die Auswurfnocken 179 sind entlang der Führungs linie 172 versetzt zueinander angeordnet. Die Auswurfnocken 179 sind so aus geprägt, dass sie in ähnlicher Weise wie die Andrücknocken 178 an der nach oben weisenden Stirnfläche 161 des Anschlussstücks 150 angreifen, wenn das Verriegelungselement 170 in die Auswurfstellung überführt wird. Dabei leiten die Auswurfnocken 179 eine entgegen der Einsteckrichtung 156 gerichtete Kraft in das Anschlussstück 150 ein, die es entgegen der Einsteckrichtung 156 bewegt. Damit das Anschlussstück 150 dabei abgeworfen werden kann, geben die Frei machungen 180 den Schaft bzw. den Hohlzylinder 155 des Anschlussstückes 150 in der Auswurfstellung frei.

Das in Figur 7 gezeigte Anschlussstück 250 weist zwei zunächst fluidisch ge trennte Fluidkanäle 252, 253 auf, wobei im eingesteckten Zustand jeder Fluid kanal 252, 253 des Anschlussstücks 250 mit einem der Medienausgänge 118, 119 des Ausgabeterminals 114 fluidisch kommuniziert. Das Anschlussstück 250 ist bezüglich der Verbindungsstruktur 254, des Hohlzylinders 255, der Füh rungsnuten 258, der Hinterschneidung 259, der Dichtfläche 260, der nach oben weisenden Stirnfläche 261, der stufenförmig abgesetzten Außenquerschnitte 262, 263, der konischen Dichtflächen 264, 265 und der Ringnuten 266, 267 identisch ausgebildet wie das Anschlussstück 150. Es unterscheidet sich dadurch, dass es in seinem unteren Abschnitt stromabwärts im Anschluss an die Fluidkanäle 252, 253 eine Mischstruktur 268 als integriertes Funktionsele- ment aufweist. Die Mischstruktur ist diesem Beispielfall als sogenannter Kenics- Mischer ausgebildet.

Das in Figur 8 gezeigte Anschlussstück 350 ist bezüglich der Fluidkanäle 352, 353, der Verbindungsstruktur 354, des Flohlzylinders 355, der Führungsnuten 358, der Flinterschneidung 359, der Dichtfläche 360, der nach oben weisenden Stirnfläche 361, der stufenförmig abgesetzten Außenquerschnitte 362, 363, der konischen Dichtflächen 364, 365, der Ringnuten 366, 367 und der Mischstruktur 368 identisch ausgebildet wie das Anschlussstück 250. Es unterscheidet sich dadurch, dass es benachbart zu den Fluidkanälen 352, 353 und in Teilen zu der Mischstruktur 368 als zweites integriertes Funktionselement ferner einen Tem peratursensor 369 aufweist.

Das in Figur 9 gezeigte Anschlussstück 1050 weist wieder zwei durchgehend fluidisch getrennte Fluidkanäle 1052, 1053 auf, die im eingesteckten Zustand mit einem der Medienausgänge 118, 119 des Ausgabeterminals 114 fluidisch kommunizieren. Die Verbindungsstruktur 1054, des Hohlzylinders 1055 und der der Führungsnuten 1058, sowie der Dichtfläche 1060 ist identisch mit denen der beiden vorausgegangenen Beispiele gemäß Figuren 7 und 8. Das Anschluss stück 1050 unterscheidet sich von diesen bezüglich der Aufnahme 1068, die hier als sogenannter Luer-Konus ausgebildet ist und zur Aufnahme für bei spielsweise eine Dosiernadel 1070 als Verbindungselement geeignet ist, wie in Figur 10 dargestellt ist.

Das in Figur 11 gezeigte Anschlussstück 1250 weist abermals eine identische Verbindungsstruktur 1254 wie alle vorstehend beschriebenen Beispiele auf. Im Unterschied zu diesen weist es nur einen Fluidkanal 1252 auf, der im einge steckten Zustand mit einem der Medienausgänge 118, 119 des Ausgabetermi nals 114 fluidisch kommuniziert. Das Anschlussstück 1250 unterscheidet sich ferner erneut bezüglich der Aufnahme 1268, die hier zur Aufnahme von Kapilla ren 1272 als Verbindungselement ausgebildet ist.

Das in Figur 12 gezeigte Anschlussstück 1350 weist wieder eine identische Verbindungsstruktur 1354 wie alle vorstehend beschriebenen Beispiele auf. Es weist auch wieder zwei durchgehend fluidisch getrennte Fluidkanäle 1352, 1353 auf, die im eingesteckten Zustand mit einem der Medienausgänge 118, 119 des Ausgabeterminals 114 fluidisch kommunizieren. Im Unterschied zu den anderen Beispielen unterscheidet es sich erneut bezüglich der Aufnahme 1368, die hier zur Aufnahme einer Elastomerdichtung 1374 als Dichtelement und eines Zent rierelements in Form eines hohlzylinderförmigen Zentrierstiftes 1376 ausgebildet ist. Wie in Figur 13 zu sehen ist, wird das Anschlussstück 1350 mit der Elastomerdichtung 1374 auf die Oberfläche einer mikrofluidischen Kartusche 1380 fluiddicht aufgesetzt, wobei der Stifte 1376 eine genaue Ausrichtung der Mündungen der Fluidkanäle 1352, 1353 zu den Fluideingängen in der Kartusche sicherstellt.

Bezugszeichenliste

Dosiersystem

Dosierkopf

Substrat

Ausgabeterminal

Fluidleitung

Fluidleitung

Medienausgang

Medienausgang

Verbindungsstruktur

Zylinderbohrung

Zentrierzapfen

Ringspalt

Zentrierkonus

Führungskanal

Ausnehmung

Anschlussstück

Fluidkanal

Fluidkanal

Verbindungsstruktur

Flohlzylinder

Einsteckrichtung

Führungsnut

Nach unten weisende Fläche, Flinterschneidung

Dichtfläche nach oben weisende Stirnfläche Außenquerschnitt Außenquerschnitt Dichtfläche Dichtfläche Ringnut Ringnut Verriegelungselement Führungslinie Riegel Riegel Riegel Riegel Andrücknocken Auswurfnocken Freimachung Anschlussstück Fluidkanal Fluidkanal Verbindungsstruktur Flohlzylinders Führungsnut Nach unten weisende Fläche, Flinterschneidung Dichtfläche nach oben weisende Stirnfläche Außenquerschnitt Außenquerschnitt Dichtfläche 65 Dichtfläche 66 Ringnut 67 Ringnut 68 Mischstruktur 50 Anschlussstück 52 Fluidkanal 53 Fluidkanal 54 Verbindungsstruktur 55 Flohlzylinder 58 Führungsnut 59 Nach unten weisende Fläche, Flinterschneidung 60 Dichtfläche 61 nach oben weisende Stirnfläche 62 Außenquerschnitt 63 Außenquerschnitt 64 Dichtfläche 65 Dichtfläche

366 Ringnut

367 Ringnut

368 Mischstruktur

369 Temperatursensor

1050 Anschlussstück

1052 Fluidkanal

1053 Fluidkanal

1054 Verbindungsstruktur

1055 Hohlzylinder 1058 Führungsnut 1060 Dichtfläche

1068 Aufnahme, Luer-Konus

1070 Dosiernadel

1250 Anschlussstück

1252 Fluidkanal

1254 Verbindungsstruktur

1268 Aufnahme

1272 Kapillare

1350 Anschlussstück

1352 Fluidkanal

1353 Fluidkanal

1354 Verbindungsstruktur

1355 Flohlzylinder 1358 Führungsnut 1360 Dichtfläche 1368 Aufnahme 1374 Dichtelement, Elastomerdichtung 1376 Zentrierelement, Zentrierstift 1380 mikrofluidische Kartusche