Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen und Verfahren, die Rückschlüsse über die Viskosität einer Probe ermöglichen, und insbesondere Vorrichtungen und Verfahren, die geeignet sind, um die Viskosität von Flüssigkeiten in einem Zentrifugenrotor zu bestimmen.

Rotoren zur Prozessierung von Flüssigkeiten werden insbesondere in der zentrifugalen Mikrofluidik eingesetzt. Entsprechende Rotoren beinhalten Kammern zum Auffangen von Flüssigkeit und Kanäle für die Fluidführung. Unter zentripetaler Beschleunigung des Ro- tors wird die Flüssigkeit radial nach außen gedrückt und kann durch entsprechende Fluidführung somit zu einer radial äußeren Position gelangen. Ebenfalls unter geeigneter Fluidführung können kompressible Medien in Kammern eingeschlossen werden, wobei dadurch drehfrequenzgesteuert Überdrücke und Unterdrücke zur Aktuierung von Flüssigkeiten erzeugt werden können. Beispielsweise sind aus der DE 1020 2202775 A1 Vor- richtungen und Verfahren zum radial einwärts gerichteten Pumpen einer Flüssigkeit unter Verwendung eines in einer Kompressionskammer komprimierten Mediums unter Ausnutzung unterschiedlicher Drehfrequenzen bekannt.

Viskositätsbestimmungen von Flüssigkeiten sind in vielen technischen Bereichen von großer Bedeutung. Dazu gehören die Nahrungsmittelproduktion, in der die Viskosität als Qualitätsfaktor dienen kann, ebenso wie die Lebenswissenschaften, in denen die Viskosität von Reagenzien einen wichtigen Parameter für die Prozessierbarkeit der Reagenzien in Laborabläufen darstellt. Auch im Pharmabereich ist eine genaue Charakterisierung flüssiger Reagenzien von essentieller Bedeutung. Ein wichtiger Parameter für die Prozes- sierbarkeit von Reagenzien ist die Viskosität auch auf Lab-on-Chip-Systemen.

Verschiedene Methoden zur Bestimmung der Viskosität sind bekannt. Ein bekanntes Verfahren verwendet sogenannte Kugelfallviskosimeter, bei denen eine Kugel durch ein mit Probe gefülltes Rohr fallengelassen wird. Aus der Zeit, die die Kugel benötigt, um eine bestimmte Strecke zurückzulegen, kann auf die Viskosität der Probe rückgeschlossen werden. Kugelfallviskosimeter sind bereits erhältlich, wobei das Rohr jedoch jeweils mit der Probe gefüllt sein muss, was ein großes Probenvolumen voraussetzt. Die Firma Anton-Paar bietet beispielsweise Kugelfallviskosimeter mit Mindestprobenvolumen hinunter bis zu 100 μΙ an. Ferner sind Rotations- und Oszillations-Viskosimeter bekannt, die aus zwei gegeneinander drehbaren Platten bestehen, wobei in einen Spalt zwischen den Platten eine Probe eingebracht wird. Die notwendige Kraft, um eine der Platten zu rotieren, lässt Rückschlüsse auf die Viskosität der Probe zu. Auch solche Viskosimeter sind bereits erhältlich, wobei für die Messung ein großes Probenvolumen typischerweise im Bereich von 1 ml benötigt wird.

Sogenannte Prozessviskosimeter sind dazu ausgelegt, die Viskosität kontinuierlich direkt während eines Prozesses zu messen. Dabei kann die Messung sowohl online als auch inline erfolgen. Eine einfache Ausführung eines Prozessviskosimeters misst beispielswei- se den Druck am Eingang und am Ausgang einer durchflossenen Kapillare, um über den Druckverlust auf die Viskosität rückzuschließen. Hinsichtlich solcher Viskosimeter kann beispielsweise auf die Web-Seite www.brookfieldengineering.com und dort das Produkt „KV100 Capillary Viscometer" verwiesen werden. Aufgrund des Messprinzips im Durch- fluss müssen auch hier größere Probenvolumen für eine Messung herangezogen werden.

Bei anderen bekannten Prozessviskosimetern wird die Probe mit einem Resonator in Schwingung versetzt und die Dämpfung des Resonators wird bestimmt. Solche Verfahren sind beispielsweise aus der US 4,920,787 und der US 5,837,885 bekannt. Die Eidgenössische Technische Hochschule Zürich hat basierend auf dieser Methode Prototypen ge- zeigt, die die Viskosität in Probenvolumen ab 6 μΙ bestimmen können, siehe www.zfm.ethz.ch/e/viscometry/recent_developments.htm.

Bei G.F. Christopher u.a.,„Development of a MEMS based dynamic rheometer", Lab Chip 2010, 10, 2749-2757, sind MEMS-Viskosimeter beschrieben, die kleinste Viskosimeter darstellen, die aus Silizium hergestellt werden können. Durch die extrem kleine Bauweise können Probenvolumen von 5 nl untersucht werden. Allerdings ist der experimentelle Aufbau sehr komplex und erfordert sowohl genaueste Spritzenpumpen als auch eine Hochgeschwindigkeitskamera Schließlich ist es bekannt, die Viskosität in mikrofluidischen Kanälen zu bestimmen. Hierzu wird allerdings eine Referenzflüssigkeit bekannter Viskosität benötigt. Probe- und Re- ferenzflüssigkeit werden in einem kontinuierlichen FIuss in einen mikrofluidischen Kanal eingeströmt, so dass sich eine Laminarströmung ausbildet. Bei bekannter Flussrate der beiden Flüssigkeiten lässt sich aus dem Ort der Phasengrenze im Kanal die Viskosität der Probe berechnen, wie bei P. Guillot u.a.,„Viscosimeter on a Microfluidic Chip", Langmuir, Vol. 22, Nr. 14, 2006, Seiten 6438-6445, beschrieben ist.

Einen Überblick über MikroVorrichtungen zur Rheometrie von elastischen Flüssigkeiten geringer Viskosität geben F.J. Galindo-Rosalis u.a., .Microdevices for extensional rheo- metry of low viscosity elastic iiquids: a review", Mikrofluid Nanofluid (2013), 14:1-19.

Bekannte Verfahren zur Viskositätsmessung weisen mehrere Nachteile auf, da sie entweder ein großes Probenvolumen von 100 μΙ bis 1 ml oder mehr benötigen, oder der Messaufbau bzw. die Messung sehr komplex sind, wobei teilweise eine Referenzflüssigkeit bekannter Viskosität benötigt wird. Häufig vereinen bekannte Verfahren sogar mehre- re dieser Nachteile.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Vorrichtungen und Verfahren zu schaffen, die auf einfache und schnelle Weise Rückschlüsse über die Viskosität einer Probe ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 19 oder 27 gelöst.

Ausführungsbeispiele der Erfindung schaffen eine Vorrichtung, die Rückschlüsse über die Viskosität einer Probe ermöglicht, mit folgenden Merkmalen: einem Fluidikmodul, das um ein Rotationszentrum drehbar ist;

Fluidikstrukturen in dem Fluidikmodul, die einen Fluidbereitstellungsbereich und einen ersten Fluidkanal, der einen fluidischen Widerstand darstellt und der fluidisch mit dem Fluidbereitstellungsbereich gekoppelt ist, aufweisen; und einer Antriebseinrichtung, die konfiguriert ist, um das Fluidikmodul für eine definierte Zeit mit einer solchen Rotation zu beaufschlagen, dass zentrifugal induziert in der definierten Zeit ein Teil einer Probe aus dem Fluidbereitsieilungsbereich in oder durch den ersten Fluidkanal, wobei der Teil der Probe, der in der definierten Zeit in oder durch den ersten Fluidkanal gelangt, ein Maß für die Viskosität der Probe ist.

Gemäß einem ersten Aspekt einer solchen Vorrichtung ist der Fiuidbereitsteliungsbereich eine erste Fluidkammer, wobei die Fluidikstrukturen eine zweite Fluidkammer aufweisen, wobei der erste Fluidkanal fluidisch zwischen die erste Fluidkammer und die zweite Fluidkammer geschaltet ist, wobei in der definierten Zeit ein Teil der Probe durch den ersten Fluidkanal in die zweite Fluidkammer gelangt, wobei der Teil der Probe, der in der definierten Zeit in die zweite Fluidkammer gelangt, ein Maß für die Viskosität der Probe ist.

Gemäß einem zweiten Aspekt einer solchen Vorrichtung ist der Fiuidbereitsteliungsbereich ausgelegt, um ein definiertes Probenvolumen bereitzustellen, wobei die Antriebseinrichtung ausgelegt ist, um das Fluidikmodul mit einer solchen Rotation zu beaufschlagen, dass ausgehend von einem Gleichgewichtszustand ein Teil der Probe gegen einen pneumatischen Überdruck oder gegen einen pneumatischen Unterdruck in den ersten Fluidkanal gelangt, wobei die Distanz, bis zu der nach der definierten Zeit die Probe den ersten Fluidkanal füllt, ein Maß für die Viskosität der Probe ist.

Gemäß Ausführungsbeispielen des zweiten Aspekts ist ein erstes Ende des ersten Fluid- kanals mit dem Fiuidbereitsteliungsbereich fluidisch gekoppelt, und ist ein zweites Ende des ersten Fluidkanals mit einem Kompressionsbereich fluidisch gekoppelt , der ausgelegt ist, um ein darin eingeschlossenes kompressibles Medium zu komprimieren, wobei in der definierten Zeit ein Teil der Probe aus dem Fiuidbereitsteliungsbereich in den ersten Fluidkanal gelangt und dadurch das kompressible Medium komprimiert, wodurch der pneu- matische Überdrück erzeugt wird.

Gemäß Ausführungsbeispielen des zweiten Aspekts ist der Fiuidbereitsteliungsbereich zumindest während der definierten Zeit verschließbar, so dass dadurch, dass ein Teil der Probe aus dem Fiuidbereitsteliungsbereich in den ersten Fluidkanal gelangt, in dem Flu- idbereitstel!ungsbereich der pneumatische Unterdruck erzeugt wird, gegen den die Probe in den ersten Fluidkanal gelangt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung schaffen ein Verfahren, das Rückschlüsse über die Viskosität einer Probe ermöglicht, mit folgenden Merkmalen; in einer ersten Phase, Drehen des Fluidikmoduls einer Vorrichtung gemäß dem obigen ersten Aspekt, mit keiner oder einer solchen Drehfrequenz, dass keine Probe durch den ersten Fiuidkanal in die zweite Fiuidkammer gelangt; in einer zweiten Phase, Drehen des Fluidikmoduls für eine definierte Zeit mit einer solchen Drehfrequenz, dass zentrifugal induziert in der definierten Zeit ein Teil einer Probe aus der ersten Fiuidkammer durch den ersten Fiuidkanal in die zweite Fiuidkammer gelangt; und in einer dritten Phase, Drehen des Fluidikmoduls nach der definierten Zeit mit keiner oder einer solchen Drehfrequenz, dass keine Probe durch den ersten Fiuidkanal in die zweite Fiuidkammer gelangt, wobei der Teil der Probe, der in der zweiten Phase in der definierten Zeit in die zweite Fiuidkammer gelangt, ein Maß für die Viskosität der Probe ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung schaffen ein Verfahren, das Rückschlüsse über die Viskosität einer Probe ermöglicht, mit folgenden Merkmalen: in einer ersten Phase, Drehen des Fluidikmoduls einer Vorrichtung gemäß dem obigen zweiten Aspekt mit keiner oder einer solchen Drehfrequenz, dass keine Probe in den ersten Fiuidkanal gelangt oder nur bis zu einer ersten Distanz in den ersten Fiuidkanal gelangt; in einer zweiten Phase, Drehen des Fluidikmoduls für eine definierte Zeit mit einer solchen Drehfrequenz, dass zentrifugal induziert in der definierten Zeit ein Teil einer Probe aus dem Fluidbereitstellungsbereich in den ersten Fiuidkanal gelangt, so dass die Probe den ersten Fiuidkanal bis zu einer zweiten Distanz, die größer ist als die erste Distanz, füllt, wobei die definierte Zeit nicht ausreicht, um einen Gleichgewichtszustand zwischen dem durch die Drehung wirkenden Zentrifugaidruck und dem pneumatischen Überdruck oder Unterdruck zu erreichen; und in einer dritten Phase, Stoppen des Fluidflusses in den ersten Fiuidkanal nach der definierten Zeit, wobei die zweite Distanz, bis zu der nach der definierten Zeit die Probe den ersten Fluidkanal füllt, ein Maß für die Viskosität der Probe ist.

Das Stoppen des Fluidflusses in den ersten Fluidkanal kann durch Drehen des Fluidikmo- duls nach der definierten Zeit mit keiner oder einer solchen Drehfrequenz, dass der pneumatische Überdruck oder Unterdruck gleich oder größer ist als der Zentrifugaldruck, so dass keine weitere Probe aus dem Fluidbereitstellungsbereich in den ersten Fluidkanal gelangt, erfolgen. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann des Stoppen auf andere Weise bewirkt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung basieren auf der Erkenntnis, dass Rückschlüsse über die Viskosität einer Probe auf einfache und schnelle Weise möglich sind, indem eine Kraft, die benötigt wird, um eine Probe durch einen Fluidkanal aus einer ersten Kammer in eine zweite Kammer oder um eine Probe teilweise, d.h. nicht vollständig, durch den Fluid- kanal zu treiben, zentrifugal induziert wird. Der Fluidkanal stellt einen solchen Flusswiderstand dar, dass eine Flussrate durch denselben von der Viskosität der Probe abhängt, so dass der Teil der Probe, der in der zweiten Phase in der definierten Zeit in die Fluidkam- mer gelangt, oder der in den Fluidkanal gelangt und durch die Kompression eines kom- pressiblen Mediums eine Gegenkraft erfährt, ein Maß für die Viskosität der Probe ist. Un- ter dem Ausdruck„zentrifugal induziert" wird dabei hierin verstanden, dass sich eine Zentrifugalkraft, die auf die Probe wirkt, ändert, beispielsweise aufgrund einer Änderung einer Drehgeschwindigkeit des Fluidikmoduls. Bei Ausführungsbeispielen kann die Änderung der Zentrifugalkraft eine Zunahme der Zentrifugalkraft sein. Bei Ausführungsbeispielen kann die Änderung der Zentrifugalkraft eine Abnahme der Zentrifugalkraft sein, so dass nach der Abnahme eine andere Kraft größer ist als die Zentrifugalkraft, um den Teil der Probe durch den Fluidkanal zu treiben. Dadurch, dass erfindungsgemäß das Treiben der Probe durch den Fluidkanal zentrifugal induziert stattfindet, können erfindungsgemäße Vorrichtungen und Verfahren ohne Weiteres auf zentrifugalen Plattformen implementiert werden.

Bei Ausführungsbeispielen gemäß dem ersten Aspekt sind der Flusswiderstand des Flu- idkanals und die definierte Zeit so aufeinander abgestimmt, dass sichergestellt ist, dass während der definierten Zeit für einen Messbereich (beispielsweise einen Bereich von Viskositäten, die eine Probe typischerweise annehmen kann) nicht die gesamte Probe aus ersten Kammer entleert wird, sondern nur ein Teil derselben. Bei Ausführungsbeispielen gemäß dem zweiten Aspekt sind das definierte Probenvolumen, die Größe der Korn- pressionskammer, die Geometrie der Fluidikstrukturen und die Rotationsgeschwindigkeit so aufeinander abgestimmt, dass sichergestellt ist, dass während der definierten Zeit die auf die Flüssigkeit wirkende Zentrifugalkraft (bzw. der durch die Rotation bewirkte Zentrifugaldruck) größer ist als die durch die Kompression des komprimierten Mediums auf die Probe wirkende Kraft (bzw. der pneumatische Gegendruck), so dass während der definierten Zeit kein Gleichgewichtszustand erreicht wird.

Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung ist die zweite Kammer oder der erste Fluidkanal mit einer Skala versehen, die es ermöglicht, Informationen, die einen Rückschluss auf die Viskosität der Probe zulassen, abzulesen. Ein solches Ablesen kann beispielsweise durch einen Benutzer oder automatisiert durch eine optische Leseeinrichtung erfolgen. Eine Stroboskopeinrichtung kann vorgesehen sein, um einem Benutzer ein Ablesen während einer Drehung der Scheibe zu ermöglichen. Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassen somit ein Ermitteln des Teils der Probe, der in der definierten Zeit in die zweite Fluidkammer gelangt ist, um die Viskosität der Probe zu bestimmen. Somit sind auf einfache und schnelle Weise Rückschlüsse über die Viskosität einer Probe möglich. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung weist die Vorrichtung eine optische Erfassungseinrichtung zum Erfassen von Informationen, die einen Rückschluss auf die Viskosität der Probe zulassen, auf.

Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung ist der erste Fluidkanal radial abfallend, wobei durch eine Erhöhung der Drehfrequenz der Teil der Probe durch Zentrifugalkraft aus der ersten Fluidkammer in die zweite Fluidkammer getrieben wird. Bei alternativen Ausführungsbeispielen weisen die fluidischen Strukturen eine dritte Fluidkammer auf, wobei ein zweiter Fluidkanal fluidisch zwischen die dritte und die erste Fluidkammer geschaltet ist, so dass die Probe durch Zentrifugalkraft aus der dritten Fluidkammer in die erste Fluidkammer treibbar ist, um die Probe in die erste Fluidkammer einzubringen. In einer ersten Phase wird das Fluidikmodul mit einer Drehfrequenz gedreht, bei der die dadurch bewirkte Zentripetalkraft einen Überdruck in der ersten Fluidkammer kompensiert, wobei keine Probe durch den ersten Fluidkanal in die zweite Fluidkammer getrieben wird. Danach wird in einer zweiten Phase für die definierte Zeit die Drehfrequenz abgesenkt, so dass durch den Überdruck in der ersten Fluidkammer der Teil der Probe durch den ersten Fluidkanal in die zweite Fluidkammer getrieben wird. Danach wird in einer dritten Phase die Drehfrequenz erhöht, so dass nach der definierten Zeit keine Probe mehr durch den ersten Fluidkanal in die zweite Fluidkammer getrieben wird. Bei solchen Ausführungen wird somit durch das Absenken der Drehfrequenz die Bewegung des Teils der Probe in die zweite Fluidkammer dadurch zentrifugal induziert, dass die durch die Drehung bewirkte Zentrifugalkraft nicht mehr ausreicht, um zu verhindern, dass die Probe durch den ersten Fluidkanal in die zweite Fluidkammer gelangt.

Bei Ausführungsbeispielen kann der Überdruck auf unterschiedliche Weisen erreicht werden, beispielsweise dadurch, dass die Probe ein in der ersten Fluidkammer eingeschlossenes kompressibles Medium komprimiert. Bei Ausführungsbeispielen kann der Überdruck aufgrund einer chemischen Reaktion oder durch eine Temperaturerhöhung erzeugt werden.

Bei Ausführungsbeispielen weist der erste Fluidkanal einen radial nach innen verlaufenden Abschnitt auf und mündet an einer solchen radialen Position in die zweite Fluidkammer, dass beim Einbringen der Probe von der dritten Kammer in die erste Kammer die Probe nicht die zweite Fluidkammer erreicht. Somit kann eine erhöhte Genauigkeit erreicht werden.

Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung sind der erste Fluidkanal und der zweite Fluidkanal derart ausgelegt, dass die Flussrate in dem ersten Fluidkanal während der zweiten Phase im Mittel höher ist als die Flussrate in dem zweiten Fluidkanal, so dass in der zweiten Phase ein größerer Teil der Probe in die zweite Fluidkammer gelangt als in die dritte Fluidkammer. Beispielsweise kann der erste Fluidkanal einen geringeren Flusswiderstand aufweisen als der zweite Fluidkanal. Alternativ kann auch die hydrostatische Höhe des ersten Kanals geringer sein als die des zweiten Kanals, so dass in der zweiten Phase ein größerer Teil der Probe in die zweite Fluidkammer gelangt als in die dritte Fluidkammer.

Bei Ausfü.hrungsbeispielen weisen die fluidischen Strukturen eine vierte Fluidkammer und einen dritten Fluidkanal auf, der fluidisch zwischen die erste Fluidkammer und die vierte Fluidkammer geschaltet ist, wobei der dritte Fluidkanal einen Flusswiderstand aufweist, der höher ist als der Flusswiderstand des ersten Fluidkanals. Solche Ausführungsbeispiele ermöglichen eine vollständige Entleerung der ersten Fluidkammer nach oder in der dritten Phase, so dass anschließend die Rotation gestoppt werden kann, um beispielsweise ein Ablesen einer Skala zu ermöglichen, ohne die Gefahr einer Verfälschung des Ergebnisses, die auftreten könnte, wenn beim Anhalten der Rotation ein weiterer Teil der Probe aus der ersten Fluidkammer in die zweite Fluidkammer gelangen würde. Bei Ausführungsbeispieien der Erfindung ist die Antriebseinrichtung konfiguriert, um in oder nach der dritten Phase das Fluidikmodul mit einer solchen Drehfrequenz zu drehen, dass die erste Fluidkammer durch den dritten Fluidkanal in die vierte Fluidkammer entleert wird.

Bei Ausführungsbeispielen wird die erste Fluidkammer in der dritten Phase über den dritten Fluidkanal in die vierte Fluidkammer entleert. Der dritte Fluidkanal kann während der zweiten oder dritten Phase vollständig befüllt werden, um dann in der dritten Phase die erste Fluidkammer in die vierte Fluidkammer vollständig zu entleeren.

Bei Ausführungsbeispielen weist der dritte Fluidkanal einen Siphon auf, dessen radial innerster Abschnitt radial weiter außen angeordnet ist als eine radiale Position, an der der erste Fluidkanal in die zweite Fluidkammer mündet, wobei der dritte Fluidkanal an einer Position in die vierte Fluidkammer mündet, die radial weiter außen angeordnet ist als die erste Fluidkammer. Bei Ausführungsbeispielen kann nach oder in der dritten Phase die Druckkammer durch diesen Siphon entleert werden. Bei Ausführungsbeispielen kann dabei der Siphon in der zweiten Phase befüllt werden, so dass sich die erste Fluidkammer in der dritten Phase bei der Drehung der erhöhten Drehfrequenz durch den Siphon entleert. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann nach der dritten Phase die Drehfrequenz langsam vermindert werden, um den Überdruck in der ersten Fluidkammer langsam abzubauen, wobei Reibungskräfte in der Probe einen geringen Einfluss auf die Fluiddynamik und die Füllstände in dem ersten Fluidkanal und dem dritten Fluidkanal haben und die erste Fluidkammer über den dritten Fluidkanal entleert wird, ohne dass Probe nach der dritten Phase in die zweite Fluidkammer gelangt.

Gemäß dem zweiten Aspekt wird die Probe nicht in eine zweite Kammer transportiert, sondern bleibt in dem ersten Fluidkanal, der einen Widerstandskanal darstellt. Bei Ausführungsbeispielen gemäß dem zweiten Aspekt weist der Fluidbereitstellungsbereich einen zweiten Fluidkanal auf, der einen größeren Strömungsquerschnitt aufweist als der erste Fluidkanal und der in einem radial äußeren Bereich desselben mit dem ersten Fluidkanal gekoppelt ist. Somit kann der Fluidbereitstellungsbereich derart ausgebildet sein, dass durch eine darin angeordnete Probe ein ausreichender Zentrifugaldruck erzeugt werden kann. Bei Ausführungsbeispielen gemäß dem zweiten Aspekt weist der Kompressionsbereich einen dritten Fluidkanal auf, der eine größeren Strömungsquerschnitt aufweist als der erste Fluidkanal. Somit kann der Kompressionsbereich derart ausgebildet sein, dass durch das darin angeordnete komprimierbare Medium ein ausreichender pneumatischer Gegendruck erzeugt werden kann. Bei Ausführungsbeispielen gemäß dem zweiten Aspekt weisen zumindest einer, mehrere oder alle des ersten, zweiten und dritten Fluidka- nals mäanderförmig verlaufende Kanalabschnitte auf. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermöglichen somit Vorrichtungen und Verfahren, die Rückschlüsse über die Viskosität von Flüssigkeiten in Zentrifugenrotoren ermöglichen, durch eine Kombination drehfrequenzgesteuerter Drücke mit viskositätsabhängigen Flusswiderständen. Die viskositätsabhängigen Flusswiderstände können dabei abhängig von den Gegebenheiten speziell abgestimmt sein, beispielsweise abhängig von dem erwarteten Viskositätsbereich der zu messenden Probe, dem Probenvolumen, auf das die entsprechenden Kräfte bzw. Drücke wirken, und dergleichen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung kommen ohne eine Referenzflüssigkeit aus, sind einfach in der Handhabung, da die Messung beispielsweise mit bloßem Auge durch Ablesen einer Skala durchgeführt werden kann, und können auch mit kleinen Probenvolumina im Nanoliterbereich betrieben werden.

Somit eignen sich Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung insbesondere für die eingangs beschriebenen Anwendungen, beispielsweise die Nahrungsmittelindustrie, bei der einfache und schnelle Viskositätsmessungen ohne teure oder schwer zu transportierende Ausrüstung benötigt werden. Ferner eignen sich Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung somit auch für Lebenswissenschaften, bei denen die Viskositätsmessung häufig aufgrund der sehr hohen Reagenzienkosten teuer ist, so dass dort ein großer Bedarf für Viskositätsmessungen mit geringen Probenvolumina besteht.

Fig. 1 schematische Darstellungen zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels mit einem abfallenden Fluidkanal;

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels mit einer Druckkammer; einen vergrößerten Ausschnitt des in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiels;

Fig. 4 schematische Darstellungen eines Verfahrens unter Verwendung eines Fluidikmo- duls, wie es in Fig. 2 gezeigt ist; Fig. 5 und 6 schematische Ansichten von zentrifugalen Plattformen zur Erläuterung der Erfindung; und

Fig. 7 eine schematische Darstellung der Fluidikstrukturen eines Ausführungsbeispiels gemäß dem obigen zweiten Aspekt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung erlauben die Messung der Viskosität einer Probe in Zentrifugenrotoren durch einen zeitlich definierten, zentrifugal induzierten, viskositätsabhängigen Fluss der Probe durch einen fluidischen Widerstand. Die Menge an Flüssigkeit, die den Widerstand nach Ablauf der definierten Zeit passiert hat bzw. die Strecke, die die Flüssigkeit in dem fluidischen Widerstand zurückgelegt hat, kann zur Bestimmung der Viskosität der Flüssigkeit herangezogen werden. Bei allen Realisierungen können die Geometrien der Kammern und des fluidischen Widerstands so gewählt werden, dass ein definierter Zusammenhang zwischen der Viskosität der Probe (Flüssigkeit) und der trans- portierten Probenmenge besteht.

Bei einer Implementierung kann die Flüssigkeit durch eine zeitlich begrenzt auftretende Zentrifugalkraft von einer radial innen liegenden Kammer durch einen fluidischen Widerstand in eine radial weiter außen liegende Kammer gelangen. Die zeitliche Begrenzung gewährleistet dabei, dass während der Dauer der wirkenden Zentrifugalkraft nicht die gesamte Flüssigkeit von der radial innen liegenden in die radial außen liegende Kammer transportiert wird.

Bei einer alternativen Implementierung wird die Flüssigkeit von einer radial innen liegen- den Kammer in eine radial weiter außen liegende, geschlossene (d.h. nicht entlüftete) Druckkammer geleitet. Die Flüssigkeit schließt dabei ein kompressibles Medium ein, so dass der Druck in dieser Kammer steigt. Die Druckkammer ist über einen fluidischen Widerstand mit einer entlüfteten Auffangkammer verbunden. Durch Verringern der Drehfrequenz des Rotors wird das kompressible Medium in der Druckkammer entspannt, wobei der Überdruck einen Teil der Flüssigkeit aus der Druckkammer über den fluidischen Widerstand in die Auffangkammer transportiert. Bei dieser Implementierung ist die Verringerung der Drehfrequenz zeitlich begrenzt, so dass nicht die gesamte Flüssigkeit bei verringerter Drehfrequenz aus der Druckkammer transportiert wird. Ausführungsbeispiele der Erfindung weisen geometrische Strukturen im Zusammenhang mit einem zugehörigen Verfahren zur Prozessierung von Probenmengen im Nanoliter- bis Milliliterbereich auf. Die geometrischen Strukturen und das Verfahren sind dazu geeignet, die Viskosität von Flüssigkeiten durch Variation der Drehfrequenz in Zentrifugenrotoren zu bestimmen. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung finden insbesondere auf dem Gebiet der zentrifugalen Mikrofluidik Anwendung, bei der es um die Prozessierung von Proben im Nanoliter- bis Milliliterbereich geht. Entsprechend können die Fluidikstrukturen geeignete Abmessungen im Mikrometerbereich für die Handhabung entsprechender Probenvolumina aufweisen. Bei Ausführungsbeispielen ist die Probe eine Flüssigkeit. Die Probe kann auch eine Suspension oder Dispersion sein. Die Fluidikstrukturen (geometrischen Strukturen) sowie die zugehörigen Verfahren sind dafür konfiguriert und angepasst, um die beschriebenen Funktionalitäten zu erreichen, wobei sich die genaue Dimensionierung und Ausgestaltung der Fluidikstrukturen abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall ohne weiteres für Fachleute ergibt.

Wird hierein der Ausdruck radial verwendet, so ist jeweils radial bezüglich des Rotationszentrums, um das das Fluidikmodul bzw. der Rotor drehbar ist, gemeint. Im Zentrifugalfeld ist somit eine radiale Richtung von dem Rotationszentrum weg radial abfallend und eine radiale Richtung zu dem Rotationszentrum hin ist radial ansteigend. Ein Fluidkanal, des- sen Anfang näher am Rotationszentrum liegt als dessen Ende, ist somit radial abfallend, während ein Fluidkanal, dessen Anfang weiter vom Rotationszentrum entfernt ist als dessen Ende, radial ansteigend ist.

Fig. 5 zeigt ein Rotationssystem mit einem Fluidikmodul 10 in Form eines Rotationskör- pers, der ein Substrat 12 und einen Deckel 14 aufweist. Das Substrat 12 und der Deckel 14 können in Draufsicht kreisförmig sein, mit einer mittigen Öffnung, über die der Rotationskörper 10 über eine übliche Befestigungseinrichtung 16 an einem rotierenden Teil 18 einer Antriebsvorrichtung angebracht sein kann. Das rotierende Teil 18 ist drehbar an einem stationären Teil 22 der Antriebsvorrichtung 20 gelagert. Bei der Antriebsvorrichtung kann es beispielsweise um eine herkömmliche Zentrifuge mit einstellbarer Drehgeschwindigkeit oder auch ein CD- oder DVD-Laufwerk handeln. Die Antriebseinrichtung 20 ist konfiguriert oder programmiert, um den Rotationskörper 10 mit Rotationen zu beaufschlagen, die zur Implementierung der Erfindung erforderlich sind. Bei Ausführungsbeispielen kann eine Steuereinrichtung 24 als Teil der Antriebseinrichtung oder separat vorgesehen sein. Wie für Fachleute offensichtlich ist, kann die Steuereinrichtung beispielsweise durch eine entsprechend programmierte Recheneinrichtung oder eine anwenderspezifische in- tegrierte Schaltung implementiert sein. Die Steuereinrichtung 24 kann ferner ausgelegt sein, um auf manuelle Eingaben durch einen Benutzer hin die Antriebsvorrichtung 20 zu steuern, um die erforderlichen Rotationen des Rotationskörpers zu bewirken. In jedem Fall ist die Steuereinrichtung 24 konfiguriert, um die Antriebsvorrichtung 20 zu steuern, um den Rotationskörper mit den erforderlichen Rotationen zu beaufschlagen, um die Erfindung, wie sie hierin beschrieben ist, zu implementieren. Ais Antriebsvorrichtung 20 kann eine herkömmliche Zentrifuge mit nur einer Drehrichtung verwendet werden.

Der Rotationskörper 10 weist die erforderlichen geometrischen Strukturen bzw. Fiu- idikstrukturen auf. Die erforderlichen Fluidikstrukturen können durch Kavitäten und Kanäle in dem Deckel 14, dem Substrat 12 oder in dem Substrat 12 und dem Deckel 14 gebildet sein. Bei Ausführungsbeispielen können beispielsweise Fluidikstrukturen in dem Substrat 12 abgebildet sein, während Einfüllöffnungen und Entiüftungsöffnungen in dem Deckel 14 gebildet sind.

Bei einem alternativen in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel sind Fluidikmodule 32 in einen Rotor 30 eingesetzt und bilden zusammen mit dem Rotor 30 den Rotationskörper 10. Die Fluidikmodule 32 können jeweils ein Substrat und einen Deckel aufweisen, in denen wiederum entsprechende Fluidikstrukturen gebildet sein können. Der durch den Rotor 30 und die Fluidikmodule 32 gebildete Rotationskörper 10 ist wiederum durch eine Antriebsvorrichtung 20, die durch die Steuereinrichtung 24 gesteuert wird, mit einer Rotation beaufschlagbar. Es ist somit offensichtlich, dass bei Ausführungsbeispielen das Rotationszentrum außerhalb des Fluidikmoduls angeordnet sein kann. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung können das Fluidikmodul bzw. der Rotationskörper, das bzw. der die Fluidikstrukturen aufweist, aus einem beliebigen geeigneten Material gebildet sein, beispielsweise einem Kunststoff, wie PMMA (Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, PVC, Polyvinylchlorid) oder POMS (Polydimethylsiloxan) Glas, Silizium o- der anderen mikrostrukturierbaren Materialien, die gegenüber der zu messenden Probe chemisch inert sind. Der Rotationskörper 10 kann als eine zentrifugal-mikrofluidische Plattform betrachtet werden. Bei Ausführungsbeispielen können die fluidischen Widerstände durch Kanäle mit engen Querschnitten realisiert werden. Typische Dimensionen solcher Kanäle können zwischen 1 mm x 1 mm und 0.5μηι x 0.5pm liegen. Das Fluidikmodul kann als ein Rotor ausgebildet sein, der einen reinen Träger aus einem beliebigen Material darstellt, auf den Mikrostrukturen aufgebracht sind, die die Fluidikstrukturen zur Viskositätsmessung darstellen. Die Fluidikstrukturen zur Viskositätsmessung können vermittels ikrofräsen oder durch lithographische Techniken erzeugt werden. Die Proben können newtonsche Flüssigkeiten darstellen und Viskositäten zwischen 0, 1 und 10000 mPas aufweisen. Bei Ausführungsbeispielen kann der Rotationskörper ausgebildet sein, um Rotationsfrequenzen von mehr als 70 Hz zu widerstehen und Winkelbeschleunigun- gen von mehr als 20Hz/s zu erlauben.

Ein Ausführungsbeispiel für fluidische Strukturen, die in einem entsprechenden Fluidikmodul bzw. Rotationskörper gebildet sein können, wird nun Bezug nehmend auf Fig. 1 , die Abschnitte a) bis e) aufweist, erläutert. Fig. 1 d) zeigt eine schematische Draufsicht auf Fluidikstrukturen 100, die eine Einlasskammer 102, eine Auffang/Messkammer 104 und einen Fluidkanal 106, der fluidisch zwischen die Einlasskammer 102 und die Auffang/Messkammer 104 geschaltet ist, aufweisen. Entlüftungen 108 sind für die Einlasskammer 102 und die Auffang/Messkammer 104 vorgesehen. Die Einlasskammer 102 stellt eine erste Fluidkammer dar, die Auffang/Messkammer 04 stellt eine zweite Fluid- kammer dar und der Fluidkanal 106 stellt einen ersten Fluidkanal dar. Der Fluidkanal 106 stellt einen fluidischen Widerstand dar. Wie in Fig. 1 d) gezeigt ist, ist eine Flüssigkeit 1 10 in die Einlasskammer 102 eingebracht. Der Fluidkanal 106 ist bezüglich eines Rotationszentrums 1 12 radial abfallend, das heißt ein Einlassende desselben, das in die Einlasskammer 102 mündet, ist radial weiter innen angeordnet, als ein Auslassende desselben, das in die Auffang/Messkammer 104 mündet, ungeachtet dessen, dass der Fluidkanal 106 vor der Mündung in die Auffang/Messkammer 104 einen radial ansteigenden Bereich aufweist.

Nachfolgend wird der Betrieb einer entsprechenden Vorrichtung beschrieben, wobei of- fensichtlich ist, dass durch die dabei durchgeführten Schritte ein entsprechendes Verfahren durchgeführt wird, so dass die entsprechenden Erläuterungen auch jeweils zur Erläuterung von Ausführungsbeispielen eines erfindungsgemäßen Verfahrens dienen.

Bei der Realisierung, die in Fig. 1 gezeigt ist, ist die radial innen liegende Einlasskammer 102 durch den fluidischen Widerstand in Form des engen Kanals 106 mit der radial weiter außen liegenden Auffang/Messkammer 104 verbunden. Die Einlasskammer 02 wird mit der Probe, d.h. der Flüssigkeit 1 10, befüllt. Die Einlasskammer 102 kann auf eine beliebige Weise, beispielsweise zentrifugal, befüilt werden. Ausgehend von dem in Fig. 1 d) gezeigten Zustand oder zum Erreichen dieses Zustands wird das Fluidikmodul, in dem die Fluidikstrukturen 100 gebildet sind, mit einer Drehfrequenz f ₁ gedreht, wie in Fig. 1 a) gezeigt ist. Die geringe Drehfrequenz ist auch in dem Frequenzprotokoll in Fig. 1 e) zu se- hen. Die durch die Drehung mit der Frequenz f, auf die Flüssigkeit 100 erzeugte Zentrifugalkraft ist nicht ausreichend, um die Flüssigkeit aus der Einlasskammer 102 durch den fluidischen Widerstand 106 in die Auffang/Messkammer 104 zu treiben. Genauer gesagt ist die durch die Drehung mit der Drehfrequenz ^ erzeugte Zentrifugalkraft nicht ausrei- chend, um die Oberflächenspannung der Flüssigkeit an der Mündung zu der Auffang/Messkammer 104 zu überwinden, so dass bei dieser Drehung keine Flüssigkeit in die Auffang/Messkammer 104 gelangt.

Für eine definierte Zeit ΔΤ wird dann kurzfristig eine höhere Drehfrequenz f ₂ angewendet, so dass eine hydrostatische Druckdifferenz zwischen der Flüssigkeitsoberfläche in der Einlasskammer 102 und dem Auslassende des Fluidkanals 106 erzeugt wird. Die Flüssigkeit, die durch diesen Druck angetrieben durch den fluidischen Widerstand fließt, reißt am radial außen liegenden Auslass des Flüssigkeitskanals 106 ab und wird in der Auffang/Messkammer gesammelt, wie in Fig. 1 b) gezeigt ist. Nachfolgend wird die Drehfre- quenz wieder auf eine niedrige Drehfrequenz f ₃ abgesenkt, bei der der Druck wiederum nicht ausreicht, um Flüssigkeit in die Auffangkammer zu treiben. Dieser Zustand ist bei Fig. 1 c) gezeigt. Die Drehfrequenz f ₃ kann dabei der Drehfrequenz f, entsprechen oder einer davon verschiedenen Drehfrequenz. Die definierte Zeit ΔΤ ist dabei so gewählt, dass durch die kurze Anwendung der Zentrifugalkraft nur ein Teil der Flüssigkeitsmenge von der Einlasskammer 102 in die Auffangkammer 104 transportiert wird, so dass aus der Flüssigkeitsmenge in der Auffangkammer 104 auf die Viskosität der Probe geschlossen werden kann. Die Quantifizierung der Viskosität kann beispielsweise durch einen Vergleich mit einem Standard erfolgen. Dazu kann der Standard in einer identischen Struktur parallel zu der zu messenden Flüssigkeit prozessiert werden. Um einen auf einen solchen Standard verzichten zu können, kann es vorteilhaft sein, vorher eine Kalibrierung durchzuführen, so dass bei bekanntem Frequenzprotokoll und bekanntem fluidischen Widerstand die Flüssigkeitsmenge auch direkt als Maß für die Viskosität herangezogen werden kann. Zu diesem Zweck können vorab Flüssigkeiten bekannter Viskosität entsprechend prozessiert werden, so dass basierend darauf beispielsweise eine Skala an der Auffang/Messkammer angebracht werden kann, von der die Viskosität direkt ablesbar ist. Ein Ablesen kann beispielsweise bei angehaltener Drehung oder während einer Drehung unter Verwendung eines Stroboskop-Setups erfolgen. Eine entsprechende Vorgehensweise kann für alle beschriebenen Ausführungs- beispiele verwendet werden. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung können die Drehfrequenzen f-i und f ₃ Null sein.

Fluidikstrukturen 198 eines weiteren Ausführungsbeispiels, die in einem entsprechenden Fluidikmodul bzw. Rotationskörper gebildet sein können, werden nun Bezug nehmend auf Fig. 2 beschrieben. Die Fluidikstrukturen weisen eine Einfüllkammer 200 mit einem Pro- beneinlass 202 auf. Die Einfüllkammer 200 ist über einen radial abfallenden Einfüllkanal 204 mit einer Fluidkammer 206 verbunden, die eine Messkammer 208 und eine Überschusskammer 210 aufweist. Eine Entlüftung 212 ist für die Fluidkammer 206 vorgesehen. Radial innere Enden der Messkammer 208 und der Überschusskammer 210 sind über einen Kanalbereich 214 gekoppelt, so dass ein definiertes Flüssigkeitsvolumen in die Messkammer 208 einbringbar ist, während überschüssige Flüssigkeit über den Kanalbereich 214 in die Überschusskammer 210 gelangt.

Ein Einlasskanal 216 ist fluidisch zwischen ein radial äußeres Ende der Messkammer 208 und mithin der Fluidkammer 206 und eine Druckkammer 218 geschaltet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel mündet der Einlasskanal 216 in einen Kanalabschnitt 220, der in die Druckkammer 218 mündet. Bei alternativen Ausführungsbeispielen könnte der Einlasskanal 216 direkt in die Druckkammer 218 münden. Die Fluidikstrukturen 198 weisen ferner einen Fluidkanal 222 auf, der fluidisch zwischen die Druckkammer 218 und eine Überlaufkammer 224 geschaltet ist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel mündet ein radial äußeres Ende des Kanals 222 in den Kanalabschnitt 220, während ein radial inneres Ende des Kanals 222 in der Überlaufkammer 224 mündet. Bei alternativen Ausführungsbeispielen könnte der Kanal 222 direkt in der Druckkammer 218 münden. Die Überlaufkammer 224 weist eine Entlüftung 226 auf. Ferner ist die Überlaufkammer 224 mit einer Skala 228 versehen, die ein Ablesen von die Viskosität einer Flüssigkeit betreffenden Informationen ermöglicht.

Die Druckkammer weist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen Abschnitt 218a für ein kompressibles Medium und einen Bereich 218b für Flüssigkeit auf.

Die Fluidikstrukturen 198 weisen ferner optional eine Ablaufkammer 230 und einen Ablaufkanal 232, der fluidisch zwischen die Druckkammer 218 und die Ablaufkammer 230 geschaltet ist, auf. Eine Entlüftung 234 ist für die Ablaufkammer 230 vorgesehen. Der Ablaufkanal 232 weist einen Siphon 232a (Fig. 3) auf, dessen radial inneres Ende radial weiter außen angeordnet ist als die Position, an der der Messkanal 222 in die Überlaufkammer 224 mündet. Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt von Fig. 2, wobei in Fig. 3 schematisch ein Kapillarventil 240 gezeigt ist, das verwendet wird, um ein vorbestimmtes Volumen der Flüssigkeit in der Messkammer 208 abzumessen. Beispielsweise kann das Kapillarventil bis zu einer bestimmten Drehfrequenz geschlossen sein und ab dieser Drehfrequenz öffnen.

Ferner ist in Fig. 3 ein Bereich, in dem der Messkanal 222 in die Überlaufkammer 224 mündet, in nochmaliger Vergrößerung X gezeigt. Wie gezeigt ist, weist der Messkanal an seinem radial inneren Ende, das in die Überlaufkammer 224 mündet, einen aufgeweiteten Abschnitt 222a auf. Der Bereich 222a kann somit als eine sich in Flussrichtung radial nach innen erstreckende Aufweitung des Messkanals 222 betrachtet werden, die ausgelegt ist, um Kapillareffekte zu kompensieren. In anderen Worten stellt der Abschnitt 222a eine Vergrößerung des Kanalquerschnitts vor der Abrisskante der Flüssigkeit dar, wobei der Ort der Abrisskante der Flüssigkeit in Fig. 3 durch eine mit dem Bezugszeichen 250 bezeichnete Ablaufkante definiert ist.

Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann der Fluidkanal 222 einen geringeren Flusswiderstand aufweisen als der Einlasskanal 216. Ein geringerer Flusswiderstand kann dabei jeweils durch einen größeren Strömungsquerschnitt und/oder eine geringere Länge implementiert werden. Bei Ausführungsbeispielen besitzt der Ablaufkanal 232 einen größeren Flusswiderstand als der Fluidkanal 222. Dies kann beispielsweise durch einen geringen Flussquerschnitt implementiert sein, wie durch einen Abschnitt 232c des Ablaufkanals 232 in Fig. 3 angedeutet ist. Die Druckkammer 218 ist geschlossen, das heißt nicht entlüftet, so dass durch eine Flüssigkeit, die zentrifugal über den Einlasskanal 216 in die Druckkammer 218 eingebracht wird, ein in der Druckkammer 218 angeordnetes kompressibles Medium, beispielsweise Luft, komprimiert werden kann. Nachfolgend wird der Betrieb einer entsprechenden Vorrichtung beschrieben, wobei offensichtlich ist, dass durch die dabei durchgeführten Schritte ein entsprechendes Verfahren durchgeführt wird, so dass die entsprechenden Erläuterungen auch jeweils zur Erläuterung von Ausführungsbeispielen eines erfindungsgemäßen Verfahrens dienen. Bezug genommen wird dabei auch auf Fig. 4, die in den Abschnitten a) bis e) Phasen während des Durchführens des Verfahrens zeigt und im Abschnitt f) ein zugehöriges Frequenzprotokoll zeigt. Bei einem Ausführungsbeispiel wird zunächst die Probe in die radial innen liegende Einfüllkammer 200 gefüllt. Durch Drehung bei einer ersten geringen Drehfrequenz wird die Flüssigkeit aus der Einfüllkammer 200 durch Zentrifugalkraft in die Fluidkammer 206 überführt. In der Fluidkammer 206 wird eine definierte Flüssigkeitsmenge in der Messkammer 208 abgemessen, während überschüssige Anteile der Flüssigkeit in die Überschusskam- mer 210 gelangen. Die auf diese Weise definierte Probenmenge wird durch schnelle Erhöhung der Rotationsfrequenz und dadurch bedingtes Öffnen des Kapillarventils 240 von der radial weiter innen liegenden Messkammer 208 in die radial weiter außen liegende Druckkammer 218 transferiert, wobei in der Druckkammer 218 durch Verdrängung des kompressiblen Mediums, im Allgemeinen Luft, ein Überdruck aufgebaut wird. Diese Pha- se ist in den Figuren 4a) und 4b) dargestellt, die die Flüssigkeitsfüllstände zu aufeinander folgenden Zeitpunkten zeigen. In Fig. 4a wird die Flüssigkeit durch Drehen mit einer ersten Frequenz f ₄ in die Druckkammer 218 eingebracht, wobei gleichzeitig der Pegel in dem Messkanal 222 ansteigt. Dadurch wird die Luft in der Druckkammer 218 komprimiert, wie in Fig. 4b) gezeigt ist, wobei der Pegelstand in dem Messkanal 222 den erweiterten Ab- schnitt 222a erreicht, siehe Fig. 4b). Der andere Teil des Messkanals 222 (also der Teil mit dem geringeren Flussquerschnitt) stellt den fluidischen Widerstand dar, der gemäß dem beschriebenen Funktionsprinzip die Flüssigkeitsmenge in der Überlaufkammer 224 nach Ablauf der Prozessierung bestimmt. Der Messkanal 22 mit dem radial nach innen verlaufenden Teil wird während des Transfers der Probe aus der Mischkammer 208 in die Druckkammer 218 befüllt. Der dadurch entstehende hydrostatische Druck gewährleistet, dass während dieser Phase noch keine Flüssigkeit in die Überlaufkammer 224 gelangt. Um Einflüsse der Kapillarkraft auf die nachfolgenden Schritte zu verringern, enthält, wie oben beschrieben wurde, der Messkanal 222 eine Aufweitung 222a, in der der Meniskus der Flüssigkeit nach Ablauf des Transfers bei konstant hoher Drehfrequenz f steht.

Nach dieser ersten Phase, in der die Flüssigkeit in die Druckkammer 218 geleitet wurde, wird die Rotationsfrequenz für eine definierte Zeit ,\T auf eine relativ zu der Frequenz f ₄ geringere Frequenz f ₅ stark verringert, so dass der Überdruck in der Druckkammer 218 nicht mehr durch den hydrostatischen Druck in den Verbindungskanälen, d.h. den Kanä- len 216 und 222 kompensiert wird. Dies ist in dem Frequenzdiagramm von Fig. 4f) dargestellt. Zu diesem Zeitpunkt laufen drei dynamische Vorgänge gleichzeitig ab. Erstens steigt der Flüssigkeitsstand im Messkanai 222 zur Überlaufkammer 224 bis über die Ablaufkante 250 der Überlaufkammer 224, so dass die Flüssigkeit, die durch den Messkanai 222 gepumpt wird, sich in der Überlaufkammer 224 sammelt. Zweitens wird eine geringe Menge der Flüssigkeit von der Druckkammer 218 wieder in Richtung der Messkammer 208 zurückgepumpt Die zurückgepumpte Menge hängt vom Verhältnis der Flusswiderstände der Kanäle 216 und 222 ab. Drittens sinkt die Flüssigkeitsmenge in der Druckkammer 218 ab, wodurch auch der Überdruck in der Druckkammer abfällt. Diese dynamischen Vorgänge sind in Fig. 4c) dargestellt.

Bevor die gesamte Fiüssigkeitsmenge die Druckkammer 218 verlassen hat, erfolgt eine dritte Phase, in der die Rotationsfrequenz wieder erhöht wird. Dadurch wird der Transfer von der Druckkammer 218 in die Überlaufkammer 224 abgebrochen, da der hydrostatische Druck im Messkanal 222 zwischen der Druckkammer 218 und der Überlaufkammer 224 den verbleibenden Überdruck in der Druckkammer 218 ausgleichen kann. Die in der Überlaufkammer gesammelte Flüssigkeitsmenge kann nun als Maß für die Viskosität der Probe ausgewertet werden. Dieser Zustand ist in Fig. 4d) gezeigt, wobei die Drehfrequenz auf die niedrige Frequenz f ₆ abgesenkt wurde. Die Drehfrequenz f ₆ kann beispielsweise der Drehfrequenz f ₄ entsprechen oder kann sich von dieser unterscheiden. Wie oben bereits dargelegt wurde, weisen die Fluidikstrukturen bei diesem Ausführungsbeispiel eine zusätzliche Struktur auf, die die Handhabung verbessern kann. Diese zusätzliche Struktur besteht in der im Vergleich zur Druckkammer 218 radial weiter außen liegenden Ablaufkammer 230, die durch einen vergleichsweise hohen fluidischen Widerstand, der durch den Fluidkanal 232 gebildet ist, mit der Druckkammer 218 verbunden ist. Bei einer Ausführung wird der Fluidkanal 232 zwischen Druckkammer und Ablaufkammer während des Transfers der Flüssigkeit von der Messkammer 208 in die Druckkammer 218 befüllt. Dadurch beginnt Flüssigkeit ab diesem Zeitpunkt in die Ablaufkammer 230 zu fließen. Aufgrund des vergleichsweise hohen fluidischen Widerstands ist die Flüssigkeitsmenge in der Ablaufkammer 230 zum Zeitpunkt der Verringerung der Drehfrequenz im Vergleich zur Flüssigkeitsmenge in der Druckkammer 218 gering. Nachdem die Drehfrequenz zum Beenden des Transports der Probe aus der Druckkammer 218 in die Überlaufkammer 224 wieder erhöht wurde (Übergang von der Frequenz f ₅ zur Frequenz f ₆ in Fig. 4f), kann die erhöhte Drehfrequenz über einen ausreichend langen Zeitraum aufrechterhalten werden, um die verbliebende Flüssigkeitsmenge aus der Druckkammer über den Ablaufkanal 232 in die Ablaufkammer 230 zu transferieren. Dadurch kann das Flu- idikmodul bzw. der Rotationskörper angehalten werden, ohne dass weitere Flüssigkeit in die Überiaufkammer 224 gelangt, wodurch sich auch der Füllstand der Probe in der Überlaufkammer bei Stillstand des Fluidikmoduls bzw. des Rotationskörpers bestimmen lässt.

Bei der dargestellten Ausführungsform enthält der Verbindungskanal zwischen der Druck- kammer 218 und der Ablaufkammer 230 einen radial nach innen verlaufenden Abschnitt, durch den die Siphonstruktur 232a realisiert ist. Dadurch lässt sich die Befüllung dieses Verbindungskanals - bis hin zum Zeitpunkt der Verringerung der Drehfrequenz - hinauszögern. Dies verringert den Flüssigkeitsveriust von der Druckkammer 218 in die Ablaufkammer 230 während des Flüssigkeitstransfers von der Messkammer 208 in die Druck- kammer 218 und erlaubt die Wahl eines geringeren fluidischen Widerstands zwischen der Druckkammer 218 und der Ablaufkammer 230, ohne die Funktionalität zu beeinträchtigen.

Bei einer wiederum alternativen Ausführungsform kann die Drehfrequenz nach der dritten Phase ausgehend von der Drehfrequenz f ₆ langsam vermindert werden, um den Über- druck in der Druckkammer 218 langsam abzubauen, wobei Reibungskräfte in der Probe einen geringen Einfluss auf die Fluiddynamik und die Füllstände in dem Messkanal 222 und dem Ablaufkanal 232 haben. Somit kann die Druckkammer 218 über den Ablaufkanal 232 entleert werden, ohne dass Probe nach der dritten Phase durch den Messkanal 222 in die Ablaufkammer 224 gelangt. Dies kann gewährleistet werden, da der innerste Punkt des Siphons 232a radial weiter außen angeordnet ist als die radiale Position, an der der Messkanal 222 in die Überlaufkammer 224 mündet.

Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung hat der Messkanal 222 den kleinsten Flusswiderstand der Fluidkanäie 216, 222 und 232, während der Ablaufkanal 232 den größten Flusswiderstand dieser Fluidkanäie aufweist.

Somit wird, wie oben erläutert wurde, bei Ausführungsbeispielen der Erfindung nur für einen definierten Zeitraum ermöglicht, dass die Probe durch den Fluidkanal, der einen fluidischen Widerstand darstellt, aus der ersten Fluidkammer in die zweite Fluidkammer läuft, wobei durch die kurze Zeitdauer ΔΤ sichergestellt ist, dass nicht die gesamte Probemenge aus der ersten Fluidkammer in die zweite Fluidkammer läuft.

Bei dem oben Bezug nehmend auf die Figuren 2 bis 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel stellt die Druckkammer 218 eine erste Fluidkammer dar, stellt die Überlaufkammer 224 eine zweite Fluidkammer dar, stellt die Fluidkammer 210 eine dritte Fluidkammer dar und stellt der Ablaufkanal 230 eine vierte Fluidkammer dar. Der Messkanal 222 stellt ei- nen ersten Fluidkana! dar, der Einlasskanal 216 stellt einen zweiten Fluidkanal dar und der Ablaufkanal 232 stellt einen dritten Fluidkanal dar.

Ein Ausführungsbeispiel gemäß dem obigen zweiten Aspekt, bei dem die Probe bzw. Flüssigkeit nicht über die gesamte Länge durch den fluidischen Widerstand fließt, sondern zentrifugal induziert nur durch eine Länge, die kleiner ist als die gesamte Länge des Flu- idkanals, der den fluidischen Widerstand darstellt, wird nun bezugnehmend auf Fig. 7 erläutert. Es sei jedoch angemerkt, dass die Bezug nehmend auf Fig. 7 erläuterten Flu- idikstrukturen nur beispielhaft sind und das andere Strukturen verwendet werden können, die die gleiche Funktionalität erfüllen.

Die Fluidikstrukturen weisen einen Einlass, beispielsweise in Form einer Einlasskammer 700 auf. Ein radial inneres Ende eines Fluidkanals 702 ist mit einem radial äußeren Ende der Einlasskammer 700 fiuidisch verbunden. Der Fluidkanal 702 stellt einen F!uidbereit- Stellungsbereich dar. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Fluidkanal 702 einen mäanderförmigen Abschnitt 702a auf, der als ein Probenspeicherungsabschnitt dient und als Speichermäander bezeichnet werden kann. Ein radial äußerer Abschnitt 702b des Fluidkanals 702 ist mit einem Ende eines ersten Fluidkanals 704, der einen fluidischen Widerstand darstellt, fluidisch gekoppelt. Genauer gesagt ist ein radial nach innen verlaufender Bereich 702c des radial äußeren Abschnitts 702b mit dem einen Ende des ersten Fluidkanals 704 fluidisch gekoppelt.

Ein zweites Ende des Fluidkanals 704 ist mit einem Kompressionsbereich 706 fluidisch gekoppelt. Der Kompressionsbereich ist ausgelegt, um ein kompressibles Medium, wie z.B. ein Gas, beispielsweise Luft, aufzunehmen und eine Kompression des kompressiblen Mediums zu ermöglichen. Zu diesem Zweck ist der Kompressionsbereich zumindest zu den Zeiten, zu denen das kompressible Medium komprimiert werden soll, nicht entlüftet oder nur vernachlässigbar entlüftet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Kompressionsbereich durch einen mäanderförmigen Kanal gebildet. Bei alternativen Ausführungsbeispielen könnte der Kompressionsbereich auch durch eine Kompressionskammer gebildet sein. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Fluidbereitstellungsbereich durch einen Fluidkanal gebildet, während er bei alternativen Ausführungsbeispielen durch andere Fluidikstrukturen, bei- spielsweise eine Fluidkammer, gebildet sein könnte. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind der Fluidkanal 704 und der Kanal des Kompressionsbereich 706 mäanderförmig. Bei anderen Ausführungsbeispielen können einer oder beide der Kanäle andere Verläufe, wie z.B. gerade oder spiralförmig, aufweisen. Die Vorrichtung weist eine Dosiervorrichtung 710 auf, die ausgelegt ist, um ein definiertes Volumen der Probe bzw. Flüssigkeit in den Fluidkanal 702, der den Fluidbereitstellungs- bereich darstellt, einzubringen. Die Dosiervorrichtung 710 weist einen Überlaufkanal 712 und einen Entlüftungskanal 714 auf. Ein erstes Ende des Überlaufkanals 712 mündet stromaufwärts von dem (bzw. radial innen bezüglich des) mäanderförmigen Abschnitt 702a in den Fluidkanal 702. Ein zweites Ende des Überlaufkanals 712 mündet in eine entlüftete Überlaufkammer 716. Ein erstes Ende des Entlüftungskanals 714 mündet stromabwärts von dem (bzw. radial außen bezüglich des) mäanderförmigen Abschnitt 702a in den Fluidkanal 702 und ein zweites Ende des Entlüftungskanals 714 mündet in den Überlaufkanal 712. Der Überlaufkanal 712 weist zwischen dem ersten Ende und dem Bereich, in den der Entlüftungskanal 714 mündet, einen Abschnitt 712a auf, in dem der Strömungswiderstand höher ist (bzw. der Strömungsquerschnitt geringer ist) als in anderen Bereichen desselben. Die Dosiervorrichtung hat die Funktion, ein definiertes Volumen der Probe in dem Probenbereitstellungsbereich abzumessen. Bei alternativen Ausführungsbeispielen könnte die Dosiervorrichtung einen anderen Aufbau haben. Beispielswei- se könnte lediglich eine einfache Überlaufstruktur vorgesehen sein, die ein Füllen des Probenbereitstellungsbereichs bis zu einer bestimmten Füllhöhe ermöglicht und überschüssige Probe abführt, z.B. in eine Überlauf- oder Abfall-Kammer.

Der Fluidkanal 702 hat die Funktion eines Druckerzeugungskanals, wenn durch eine Dre- hung des Fluidikmoduls, in dem die Fluidikstrukturen gebildet sind, eine Zentrifugalkraft auf die darin befindliche Probe bzw. Flüssigkeit ausgeübt wird. Der Kompressionsbereich 706 hat die Funktion eines Druckmäanders, wenn das komprimierbare Medium in demselben komprimiert wird. Allgemein können bei Ausführungsbeispielen der Erfindung die Fluidikstrukturen derart ausgelegt sein, dass bei einer Drehung des Fluidikmoduls mit einer ersten Drehfrequenz während einer ersten Phase der Fluidbereitstellungsbereich mit einem definierten Volumen der Probe befüllt wird, während überschüssige Probe in eine Überlaufkammer oder Abfallkammer gelangt, und sich ein Gleichgewichtszustand zwischen Zentrifugaldruck und pneumatischem Gegendruck einstellt. Bei diesem Gleichgewichtszustand kann ein Meniskus der Flüssigkeit an einer Position stoppen, bevor die Probe in den ersten Fluidkanal, der den fluidischen Widerstand darstellt, gelangt, z.B. der in Fig. 7 gezeigten Position P,. Bei alternativen Ausführungsbeispielen könnte der Meniskus der Probe bei dem Gleichgewichtszustand an einer Position, die um eine Distanz innerhalb des ersten Fluidkanals liegt, stoppen. Durch eine in der Regel abrupte Erhöhung der Drehfrequenz während ei- ner zweiten Phase erhöht sich der Zentrifugaldruck und überwiegt den pneumatischen Gegendruck, wodurch Probe aus dem Fluidbereitstellungsbereich in den ersten Fluidkanal gelangt, wodurch der erste Fluidkanal zunehmend mit der Probe gefüllt wird und der Meniskus Probe entlang des ersten Fluidkanals wandert. Die Erhöhung der Drehfrequenz wird dann beendet, bevor wiederum ein Gleichgewichtszustand erreicht werden würde, so dass die Distanz, bis zu der die Probe nach der zweiten Phase den ersten Fluidkanal füllt, ein Maß für die Viskosität der Probe ist. Entsprechende Informationen, die ein Maß für die Viskosität der Probe darstellen, können durch einen Benutzer abgelesen oder durch eine optische Erfassungsvorrichtung automatisch erfasst werden. Zu diesem Zweck kann der erste Fluidkanal mit einer Skala versehen sein, die das Ablesen bzw. Erfassen erleichtern kann.

Nach dieser allgemeinen Darstellung wird nun die Funktionsweise des in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Zunächst wird Probe in die Einlasskammer 700 eingebracht, wobei beispielsweise ein Volumen von 5 μΙ ausreichend sein kann. Das Einbringen der Probe kann bei einer Drehfrequenz von 0 Hz erfolgen.

Nachfolgend erfolgt während einer ersten Phase eine Beschleunigung auf eine erste Drehfrequenz, um ein Füllen des Fluidkanals 702 und insbesondere des mäanderförmi- gen Abschnitts 702a desselben zu beginnen. Die erste Drehfrequenz kann beispielsweise -20 Hz betragen. Der Fluidkanal 702 wird dabei über den Entlüftungskanal 714 entlüftet. Der Überlaufkanal 712 und insbesondere der Abschnitt 712a mit dem geringen Strömungsquerschnitt und der mäanderförmige Abschnitt 702a füllen sich zur gleichen Zeit. Der geringe Strömungsquerschnitt des Abschnitts 702a stellt dabei sicher, dass die Mündung des Entlüftungskanals 714 in den Überlaufkanal 712 während des Füllens des mä- anderförmigen Abschnitts 702a trocken bleibt. Dadurch ist es möglich, den mäanderför- migen Abschnitt ohne pneumatischen Gegendruck von einem andernfalls bereits komprimierten Medium in den übrigen Bereichen des Fluidkanals 702, dem ersten Fluidkanal 704 und dem Kompressionsbereich 706 zu füllen. Sobald der mäanderförmige Abschnitt 702a mit der Probe gefüllt ist, wird die Entiüftungsverbindung, d.h. der Entlüftungskanal 714, blockiert, und der Fluidkanal 702 füllt sich weiter, bzw. der Druckerzeugungskanal beginnt sich unterhalb der Mündung des Entlüftungskanals 714 zu füllen. Wenn die Flüssigkeit den Druckerzeugungskanal gefüllt hat, hält der Meniskus an einem Gleichgewichtspunkt an, an dem sich der zentrifugale Druck und der pneumatische Gegendruck aufheben, siehe Punkt P _; in Fig. 7. Durch das Beibehalten der Drehfrequenz wird überschüssige Probe durch den Überlaufkanal 712 in die Überlaufkammer 718 abgeleitet. Dadurch wird von dem eingebrachten Volumen ein definiertes Volumen durch die Dosierungsvorrichtung 710 abgemessen, z.B. ein Volumen von 3 μΙ, wobei überschüssige Probe in die Überlaufkammer 716 gelangt. Ausgehend von diesem Zustand kann die zweite Phase der Viskositätsmessung beginnen.

In der zweiten Phase wird die Rotationsfrequenz für eine definierte Zeitperiode abrupt auf eine zweite Drehfrequenz erhöht, die höher ist als die erste Drehfrequenz. Dadurch überwiegt der Zentrifugaldruck den pneumatischen Gegendruck und drückt die Flüssigkeit in die erste Fluidleitung gegen den durch das kompressible Medium gelieferten pneumatischen Gegendruck in den ersten Fluidkanal. Die definierte Zeitperiode ist kürzer als die Zeit, die bei der entsprechenden Erhöhung der Rotationsfrequenz erforderlich wäre, um wiederum einen Gleichgewichtszustand zu erreichen. Die Erhöhung der Rotationsfrequenz, die definierte Zeitperiode sowie die Flüssigkeits- und Kompressionsmedium- Volumina sind eingestellt, um eine erfassbare Bewegung des Meniskus der Probe in den ersten Fluidkanal zu bewirken, beispielsweise zu einer der in Fig. 7 gezeigten Positionen P ₂ oder P ₃ . Die tatsächliche Distanz, um die sich der Meniskus der Probe in den ersten Fluidkanal verschiebt, hängt von der Viskosität der Probe ab, solange die definierte Zeitperiode kurz genug ist, um zu verhindern, dass ein Gleichgewichtszustand zwischen dem durch die Rotationsgeschwindigkeit in der zweiten Phase bewirkten Zentrifugaldruck und dem pneumatischen Gegendruck auftritt.

Nachdem die Rotationsfrequenz für die definierte Zeitperiode auf dem erhöhten Wert gehalten wurde, wird sie wieder verringert. Der dann gefüllte Bereich bzw. die gefüllte Dis- tanz des ersten Fluidkanals ist ein Maß für die Viskosität der Probe. Der gefüllte Bereich kann beispielsweise durch ein manuelles oder automatisches Erfassen des Meniskus der Probe erfasst werden.

Nach dem Reduzieren der Rotationsfrequenz und der dadurch bedingten Reduzierung der Zentrifugalkraft stoppt der Fluidfluss und der pneumatische Überdruck kann die Probe zurück in den Druckerzeugungskanal, also den Flüssigkeitsbereitstellungsbereich, drü- cken. Die Bestimmung des gefüllten Bereichs bzw. der gefüllten Distanz kann optisch während oder nach der Periode der erhöhten Rotationsgeschwindigkeit erfolgen. Diese Bestimmung kann durch Indikatoren unterstützt werden, beispielsweise die in Fig. 7 gezeigten bogenförmigen Kanalsegmente. Ein genaueres Auslesen ist jedoch durch eine Kamera möglich, was schon während der Rotation erfolgen kann.

Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann das Stoppen des Fluidflusses nach der definierten Zeitdauer auf andere Arten erreicht werden. Beispielsweise kann der erste Kanal vollständig mit einem Wachs ausgekleidet sein. Wenn nach der definierten Zeit, die der Probe zur Verfügung steht, um sich durch den ersten Fluidkanal zu bewegen, das Wachs geschmolzen wird, führt dies dazu, dass der Kanal sofort komplett verschlossen wird. Die Flüssigkeit wird so weit gekommen sein wie sie gemäß ihrer Viskosität in der definierten Zeit konnte. Somit würde das Stoppen nicht durch ein Verringern der Rotationsfrequenz, sondern durch das Einstrahlen von Licht, um das Wachs zu schmelzen, herbeigeführt werden. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann ein Stoppen des Flusses in den ersten Fluidkanal auch durch ein Verschließen des Fluid-Bereitstellungsbereichs erreicht werden, so dass danach kein Kompressibles Medium mehr zur Verfügung steht, das expandieren könnte. In diesem Fall würde der Antriebsdruck nach der definierten Zeit wegfallen - ebenfalls ohne dass die Rotationsfrequenz reduziert werden müsste. Durch Ver- wendung geeigneter Kunststoffe wäre es auch denkbar, dass die Kanäle selbst (Bereitstellungsbereich oder erster Kanal) an einer Vielzahl von definierten Punkten durch Einstrahlen von Licht kollabieren, so dass sie ohne eine zusätzliche Substanz nach der defin- fierten Zeit verschlossen werden können, um den zu diesem Zeitpunkt gegebenen Zustand einzufrieren - wobei dieser weiterhin von der Viskosität der Probe abhängen würde. Wiederum alternativ könnten auch durch Magnetfelder Ventile geschaltet werden, die den gleichen Effekt erzielen würden. Bei Ausführungsbeispielen ist es somit möglich, den nach der definierten Zeit vorliegenden Zustand einzufrieren, ohne die Rotationsfrequenz zu ändern. Bei Ausführungsbeispielen des zweiten Aspekts ist der Kompressionsbereich als ein mä- anderförmiger Fluidkanal ausgebildet. Die jeweils längeren Abschnitte der Mäanderstruk tur können in im wesentlichen azimutaler Richtung verlaufen. Eine mäanderförmige Ausgestaltung ist vorteilhaft, da dadurch der Effekt einer elastischen Volurnenzunahme, die in flexiblen Foiienmateriaiien, die beispielsweise als Deckel für die Fluidikstrukturen verwen- det werden können, verhindert werden kann. Bei Ausführungsbeispielen des zweiten Aspekts ist der erste Fluidkanal als eine Mäanderstruktur ausgebildet. Die jeweils längeren Abschnitte der Mäanderstruktur können in im wesentlichen azimutaler Richtung verlaufen. Eine solche Struktur ist vorteilhaft, da dadurch die Differenz der radialen Position minimiert werden kann und ferner der fluid i- sehe Widerstand maximiert werden kann, was die Messung sowohl kleiner als auch großer Viskositäten ermöglicht.

Bei Ausführungsbeispielen gemäß dem zweiten Aspekt können Probenvolumina von 5 μΙ ausreichend sein, um die Viskosität zu bestimmen. Der Bereich der Viskositäten, die be- stimmt werden können, kann höher sein, beispielsweise von 1 - 500 mPAS. Ferner kann die Prozesszeit reduziert sein und ist viel weniger abhängig von der Viskosität der Probe. Eine Reduzierung der Prozesszeit von ~ 10 min auf ~ 30 s kann möglich sein.

Bei Ausführungsbeispielen gemäß dem zweiten Aspekt kann eine weitere druckbasierte Möglichkeit, um das Wirkungsprinzip zu erreichen, darin bestehen, mit Unterdruck statt mit Überdruck zu arbeiten. Der Einlassbereich könnte beispielsweise nach einem Einbringen der Probe verschlossen werden und ein Abmessen der Probe könnte ohne Entlüftung stattfinden. Alternativ könnte das Abmessen auch vor der Entlüftung stattfinden. Im folgenden könnte dann ein Gleichgewichtszustand während der ersten Phase durch den Unterdruck entstehen, der durch das Transferieren von Flüssigkeitsvolumen aus dem Bereitstellungsbereich in einen Speicherbereich, beispielsweise einen Speichermäander, entsteht. Wenn in der nächsten Phase die Rotationsfrequenz erhöht wird, würde gegen einen zunehmenden Unterdruck Probe in den ersten Fluidkanal gelangen, d.h. das Funktionsprinzip würde das gleiche bleiben. Bei einem abrupten Abbremsen würde der ange- stiegene Unterdruck im Fluidbereitsteilungsbereich dazu führen, dass die Flüssigkeit nicht weiter in den ersten Fluidkanal fließt bzw. zurückfließt. Ein Kompressionsbereich ist bei solchen Ausführungsbeispielen nicht erforderlich.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermöglichen somit die Bestimmung der Viskosität von Proben, wobei gleichzeitig zahlreiche Vorteile erhalten werden können. Es wird nur eine Probenmenge von wenigen nl bis 100 μΙ benötigt, wobei der erfindungsgemäße Lösungsansatz mit einem einfachen Messaufbau und einem einfachen Messablauf auskommt. Die Viskosität kann einfach abgelesen werden. Der Lösungsansatz ist günstig und in Massenproduktion herstellbare Fluidikmodule bzw. Rotationskörper oder Rotoren können für die Viskositätsmessung verwendet werden. Diese Vorteile ermöglichen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erstmals durch die Implementierung einer Viskositätsmessung auf einer zentrifugalen Plattform, wobei eine einfache Auswertung durch Ablesen mit bloßem Auge bei einem geringen Probenvolumenbereich möglich ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung schaffen mit anderen Worten geometrische Strukturen und Methoden, die die Bestimmung der Viskosität einer Probe auf einem zentrifugalen Rotor erlauben, wobei der Rotor mindestens eine erste und eine zweite Kammer besitzt, die durch einen fluidischen Widerstand miteinander verbunden sind, und zwischen diesen Kammern zeitlich definiert und zentrifugal induziert ein Fluss der Probe auftritt, welcher zur Viskositätsbestimmung herangezogen wird. Bei solchen geometrischen Strukturen und Methoden kann das integrale Volumen des zeitlich begrenzten Flusses durch den fluidischen Widerstand für die Viskositätsbestimmung herangezogen werden. Bei solchen Strukturen und Methoden kann die erste Kammer radial weiter innen als die zweite Kam- mer liegen und der Fluss der Probe von der ersten Kammer zu der zweiten Kammer kann durch ein Erhöhen der Rotationsfrequenz induziert werden. Bei Ausführungsbeispielen kann die erste Kammer eine volumendefinierende Funktion besitzen. Bei Ausführungsbeispielen solcher geometrischer Strukturen und Methoden kann die zweite Kammer eine geeignete Geometrie besitzen, um vermittels einer angebrachten zusätzlichen Skala ein Ablesen der Viskosität der Probe nach Abschluss der Messung zu erlauben. Bei Ausführungsbeispielen solcher geometrischer Strukturen und Methoden können die erste und/oder zweite Kammer entlüftet sein. Bei Ausführungsbeispielen solcher geometrischer Strukturen und Methoden kann zumindest eine dritte Kammer vorhanden sein, die radial weiter innen liegt als die nicht entlüftete erste Kammer und mit dieser verbunden ist, so dass die Probe durch Zentrifugation von der dritten Kammer in die erste Kammer gelangt und dort einen Überdruck erzeugt, wodurch dieser Überdruck, bei Verringerung der den Überdruck kompensierenden Zentripetalkraft, den Fluss der Probe von der ersten Kammer in die zweite Kammer induziert. Der Überdruck kann, unter anderem, durch ein von der Probe verdrängtes kompressibles Medium, durch Gasentwicklung aufgrund einer chemischen Reaktion oder durch eine Temperaturerhöhung erzeugt werden.

Bei Ausführungsbeispielen solcher geometrischer Strukturen und Methoden kann die Druckerzeugung in der ersten Kammer durch Verdrängung eines kompressiblen Mediums geschehen. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann die dritte Kammer entlüftet sein. Bei Ausführungsbeispielen solcher geometrischer Strukturen und Methoden kann der fluidische Widerstand zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer eine radial nach innen verlaufende Komponente beinhalten. Bei Ausführungsbeispielen solcher geometrischer Strukturen und Methoden kann der Füllstand der Probe im fluidischen Widerstand zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer, während die Probe im Wesentlichen von der dritten Kammer in die erste Kammer transferiert wird, nicht den Einlasspunkt der zweiten Kammer erreichen. Bei Ausführungsbeispielen solcher geometrischer Strukturen und Methoden kann die Geometrie des fluidischen Widerstands geeignet sein, um den Einfluss von Kapillarkräften auf den Füllstand im fluidischen Widerstand, nach Ab- schluss des Transfers von der dritten Kammer in die erste Kammer, zu verringern. Bei Ausführungsbeispielen kann mindestens eine vierte Kammer vorhanden sein, die mit der ersten Kammer über einen fluidischen Widerstand verbunden ist und deren Einlass sich im Bezug auf die erste Kammer radial weiter außen befindet. Bei Ausführungsbeispielen solcher geometrischer Strukturen und Methoden kann der fluidische Widerstand zwischen der ersten und vierten Kammer größer sein als der fluidische Widerstand jeder anderen Verbindung zwischen den ersten bis vierten Kammern. Bei Ausführungsbeispielen solcher geometrischer Strukturen und Methoden kann der fluidische Widerstand zwischen der ersten und vierten Kammer die Form eines Siphons annehmen. Bei Ausführungsbeispielen solcher geometrischer Strukturen und Methoden ist die vierte Kammer entlüftet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung stützen sich somit auf die Nutzung von Zentripetal- kraft zur direkten oder indirekten Aktuierung einer Probe zur Viskositätsmessung. Ausführungsbeispiele ermöglichen ferner durch den Einsatz von Lithographietechniken das Erreichen sehr geringer Probenmengen, die sich mit bekannten Verfahren zumindest nicht nachstehen. Ausführungsbeispiele der Erfindung nutzen eine direkte zentripetale Flüssigkeitsaktuie- rung, wobei eine zeitlich beschränkte Zentripetalkraft durch eine kurze Erhöhung der Rotationsfrequenz des Rotors und eine nachfolgende Verringerung der Rotationsfrequenz, um den Fluss der Probe zu stoppen, verwendet werden kann. Ausführungsbeispiele der Erfindung nutzen eine indirekte Flüssigkeitsaktuierung durch einen zentripetal induzierten Überdruck in einer Kammer, wobei dieses Überdruckprinzip für die Viskositätsmessung genutzt wird, indem für eine kurze Zeitdauer eine Rotation bereitgestellt wird, während der der Überdruck nicht durch den zentripetal erzeugten hydrostatischen Druck kompensiert wird. Ausführungsbeispiele weisen ferner eine vierte Ablaufkammer auf, so dass die Möglichkeit besteht, die Viskosität anhand des Füllstandes bei Stillstand des Fluidikmoduls bzw. des Rotationskörpers (disk) zu bestimmen. Ausführungsbeispiele der Erfindung schaffen die Möglichkeit, die Viskosität ohne Referenzstandard zu bestimmen und besit- zen eine einfache Ablesemöglichkeit. Abschließend ist festzuhalten, dass die benötigten Fluidikmodule für die Messung mittels Massenproduktionstechniken kostengünstig herstellbar sind.