Titel

Mikrofluidische Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer mikrofluidischen Vorrichtung

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer mikrofluidischen Vorrichtung und einem Verfahren zum Betreiben einer mikrofluidischen Vorrichtung nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.

Mikrofluidische Analysesysteme (sog. Lab-on-Chips, kurz LoCs) erlauben ein automatisiertes, zuverlässiges, schnelles, kompaktes und kostengünstiges Prozessieren von Patientenproben für die medizinische Diagnostik. Durch die Kombination einer Vielzahl von Operationen für die kontrollierte Manipulation von Fluiden können komplexe molekulardiagnostische Testabläufe in einer mikrofluidischen Vorrichtung, welche auch als Lab-on-Chip-Kartusche bezeichnet wird, durchgeführt werden. Das Prozessieren der Lab-on-Chip-Kartusche und die Analyse der Patientenprobe kann dabei in einem kompakten Analysegerät erfolgen. Nach dem Stand der Technik sind unterschiedliche Typen von mikrofluidischen Analysesystemen bekannt, welche auch als Lab-on-Chip- Plattformen oder Lab-on-Chip-Systeme bezeichnet werden. Derartige Lab-on- Chip-Plattformen verfolgen für die Bereitstellung der mikrofluidischen Operationen diverse technologische Ansätze: Zentrifugal-basierte Lab-on-Chip- Systeme nutzen beispielsweise die Zentrifugal-, Coriolis- und Eulerkräfte aus, welche in einer in kontrollierte Rotation versetzten Lab-on-Chip-Kartusche auftreten. Eine weitere Klasse von Lab-on-Chip-Plattformen stellen die druckbasierten Systeme dar, welche durch das Anlegen von wenigstens zwei Druckniveaus an eine mikrofluidische Kartusche einen kontrollierten Flüssigkeitstransport in dieser bewerkstelligen. Offenbarung der Erfindung

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine verbesserte mikrofluidische Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.

Die hier vorgestellte mikrofluidische Vorrichtung ermöglicht vorteilhafterweise eine besonders hohe Integrationsdichte, das heißt eine besonders kompakte Anordnung der aktiven mikrofluidischen Elemente.

Es wird eine mikrofluidische Vorrichtung zum Prozessieren eines Fluids vorgestellt. Dabei umfasst die Vorrichtung eine pneumatische Schnittstelle zum Verbinden der Vorrichtung mit einem Analysegerät, wobei das Analysegerät ausgebildet ist, um an der Schnittstelle mindestens zwei unterschiedliche Druckniveaus anzulegen. Zudem weist die Vorrichtung ein fluidisches Kanalsystem auf mit einer Mehrzahl von fluidischen Mikrokanälen zum Transportieren des Fluids. Das fluidische Kanalsystem umfasst eine Mehrzahl von durch die fluidischen Mikrokanäle verbundenen mikrofluidischen Elementen, die ausgebildet sind, um mittels pneumatischer Aktuation ein kontrolliertes Verdrängen des Fluids zu bewirken. Dabei weisen die fluidischen Mikrokanäle entlang einer ersten Richtung ausgerichtete erste Fluidikabschnitte und entlang einer zweiten Richtung ausgerichtete zweite Fluidikabschnitte auf, wobei unter einem Fluidikabschnitt insbesondere ein Abschnitt eines fluidischen Mikrokanals zu verstehen ist. Die mikrofluidische Vorrichtung umfasst zudem ein pneumatisches Kanalsystem mit einer Mehrzahl von pneumatischen Mikrokanälen zum Ansteuern der mikrofluidischen Elemente. Das pneumatische Kanalsystem ist mit der pneumatischen Schnittstelle verbunden, wobei die pneumatischen Mikrokanäle entlang der ersten Richtung ausgerichtete erste Pneumatikabschnitte und entlang der zweiten Richtung ausgerichtete zweite Pneumatikabschnitte aufweisen, wobei unter einem Pneumatikabschnitt insbesondere ein Abschnitt eines pneumatischen Mikrokanals zu verstehen ist. Eine Gesamtlänge der ersten Fluidikabschnitte ist größer ist als eine Gesamtlänge der zweiten Fluidikabschnitte und eine Gesamtlänge der ersten Pneumatikabschnitte ist kleiner als eine Gesamtlänge der zweiten Pneumatikabschnitte.

Das fluidische Kanalsystem und das pneumatische Kanalsystem können zum Beispiel als Teil eines mikrofluidischen Netzwerks ausgebildet sein. Dieses kann die fluidischen Mikrokanäle umfassen sowie die aktiven, pneumatisch ansteuerbaren, mikrofluidischen Elemente. Bei den mikrofluidischen Elementen kann es sich beispielsweise um pneumatisch aktuierbare, membran-basierte Fluidverdrängungskammern für einen kontrollierten Transport von Flüssigkeiten handeln, insbesondere einer Probenflüssigkeit, in dem Netzwerk aus fluidischen Mikrokanälen der mikrofluidischen Vorrichtung. Die aktiven mikrofluidischen Elemente können über die pneumatischen Mikrokanäle angesteuert werden, die wiederum eine Verbindung zu der pneumatischen Schnittstelle zu einer Prozessierungseinheit ausbilden, wobei diese das Anlegen wenigstens zweier Druckniveaus an die mikrofluidische Vorrichtung ermöglicht. Die hier vorgestellte Vorrichtung beziehungsweise Lab-on-Chip-Plattform ist dementsprechend als druckbasiertes System ausgebildet, welches durch das Anlegen von wenigstens zwei Druckniveaus an eine mikrofluidische Kartusche einen kontrollierten Flüssigkeitstransport in dieser bewerkstelligen kann. Die mikrofluidische Kartusche umfasst dazu insbesondere eine Mehrzahl von pneumatischen Mikrokanälen zum definierten Führen von einem mit Über- oder Unterdrück beaufschlagten gasförmigen Mediums, wie beispielsweise Luft, innerhalb der mikrofluidischen Kartusche sowie ein mikrofluidisches Netzwerk aus fluidischen Mikrokanälen zum Führen von Flüssigkeiten innerhalb der mikrofluidischen Kartusche. Für die Steuerung und Herstellung des Fluidtransports innerhalb einer derartigen mikrofluidischen Lab-on-Chip-Kartusche kommen mit anderen Worten aktive mikrofluidische Elemente, das heißt insbesondere membranbasierte Ventile und Pumpkammern, zum Einsatz. Hierbei kann beispielsweise durch das Auslenken einer flexiblen Membran auf einen Ventilsattel beziehungsweise in eine Pumpkammer der mikrofluidische Durchfluss durch einen Kanal kontrolliert beziehungsweise ein mikrofluidischer Transport von Flüssigkeiten hergestellt werden. Die Ansteuerung der aktiven mikrofluidischen Elemente erfolgt insbesondere durch eine Prozessierungseinheit beziehungsweise das Analysegerät und über pneumatische Mikrokanäle, welche in die mikrofluidische Vorrichtung integriert sind. Die pneumatische Schnittstelle kann dabei einerseits geeignet ausgestaltet sein, um eine Ansteuerung durch das Analysegerät zu ermöglichen, und andererseits geeignet in die mikrofluidische Vorrichtung implementiert sein, um eine Ansteuerung aller aktiven mikrofluidischen Elemente in der mikrofluidischen Vorrichtung zu gestatten. Die mikrofluidische Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Gesamtlänge der ersten Fluidikabschnitte größer ist als eine Gesamtlänge der zweiten Fluidikabschnitte und eine Gesamtlänge der ersten Pneumatikabschnitte kleiner ist als eine Gesamtlänge der zweiten Pneumatikabschnitte. Beispielsweise können die ersten Fluidikabschnitte sowie die ersten Pneumatikabschnitte im betriebsbereiten Zustand der Vorrichtung vordergründig vertikal ausgerichtet sein und die zweiten Fluidikabschnitte sowie die zweiten Pneumatikabschnitte können beispielsweise horizontal ausgerichtet sein. Beispielsweise kann die Gesamtlänge der zweiten Pneumatikabschnitte der Gesamtlänge der ersten Fluidikabschnitte ähneln. Unter einer Gesamtlänge aller Kanäle beziehungsweise aller Kanalabschnitte entlang einer Richtung des Raumes wird hierbei die Summe aus den auf diese Richtung des Raumes projizierten Längen der einzelnen Kanäle verstanden. Eine solche Systemarchitektur erlaubt vorteilhafterweise eine besonders kompakte Anordnung und Führung von Fluidik und Pneumatik. Auf diese Weise kann eine besonders hohe Integrationsdichte (vergleichbar zur Integrationsdichte von Transistoren bei integrierten Schaltkreisen) aktiver mikrofluidischer Elemente für die Verwendung in einem mikrofluidischen Netzwerk erzielt werden. Durch die vergrößerte Integrationsdichte kann die Vorrichtung reduzierte Gesamtabmessungen sowie verringerte Totvolumina im mikrofluidischen Netzwerk aufweisen. Ferner kann der Materialaufwand zur Herstellung der mikrofluidischen Vorrichtung reduziert werden. Dadurch ist eine besonders kostengünstige und nachhaltige beziehungsweise ressourcenschonende Fertigung der mikrofluidischen Vorrichtung möglich. Durch eine Verringerung der Totvolumina innerhalb des mikrofluidischen Netzwerks kann ferner die Menge an eingesetzten Reagenzien reduziert werden. Die erste Richtung kann sich von der zweiten Richtung unterscheiden. Beide Richtungen können schräg oder quer zueinander stehen.

Gemäß einer Ausführungsform kann die erste Richtung orthogonal zur zweiten Richtung ausgerichtet sein. Entsprechend können die zweiten Pneumatikabschnitte der pneumatischen Mikrokanäle eine vordergründig senkrechte beziehungsweise orthogonale Orientierung zu den ersten Fluidikabschnitten der fluidischen Mikrokanälen aufweisen. Dabei kann eine Länge aller fluidischen Mikrokanäle entlang der ersten Richtung des Raumes größer als eine Länge aller pneumatischen Mikrokanäle entlang der ersten Richtung des Raumes sein und eine Länge aller pneumatischen Mikrokanäle entlang einer zweiten Richtung des Raumes, welche senkrecht beziehungsweise orthogonal zu der ersten Richtung des Raumes orientiert ist, kann größer als eine Länge aller fluidischen Mikrokanäle entlang der zweiten Richtung des Raumes sein. Dies ermöglicht eine verbesserte mikrofluidische Systemarchitektur, welche sich durch eine orthogonale Ausrichtung, das heißt zueinander senkrechte Orientierung der flüssigkeitsführenden fluidischen Mikrokanäle und der zur Ansteuerung der aktiven mikrofluidischen Elemente ausgebildeten pneumatischen Mikrokanäle auszeichnet, um den Flüssigkeitstransport innerhalb der Vorrichtung zu ermöglichen. Durch eine weitestgehend zueinander senkrechte Ausführung der Fluidik- und Pneumatikkanäle innerhalb der mikrofluidischen Vorrichtung kann vorteilhafterweise ein Überlappen von fluidischen und pneumatischen Mikrokanälen auf besonders einfache Weise verhindert werden. Dies ist insbesondere von Vorteil, sofern die mikrofluidische Vorrichtung als polymerer Mehrschichtaufbau realisiert ist, welcher mittels Laserdurchstrahl-Schweißens verfügt wird. Da bei diesem Fügeverfahren ein räumlich homogener Anpressdruck der Fügepartner von hoher Bedeutung ist, ist ein Überlappen von Fluidik- und Pneumatikkanälen hierbei von Nachteil. Während bei einer zueinander parallelen Führung der fluidischen und pneumatischen Mikrokanäle eine Überlappung der Kanäle nur durch eine räumliche Versetzung der Kanäle innerhalb der lateralen Ebene erreicht werden kann, kann durch eine zueinander senkrechte Ausgestaltung der fluidischen und pneumatischen Mikrokanäle die räumliche Ausdehnung eines unerwünschten Überlapps auf die Kanalbreite und damit im Allgemeinen wesentlich reduziert werden. Beispielsweise kann die Gesamtlänge der ersten Fluidikabschnitte mindestens doppelt so groß oder mindestens viermal so groß wie die Gesamtlänge der zweiten Fluidikabschnitte sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Gesamtlänge der ersten Pneumatikabschnitte höchstens halb so groß oder höchstens ein Viertel so groß wie die Gesamtlänge der zweiten Pneumatikabschnitte sein. Dies ermöglicht eine sehr kompakte Bauform.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann eine räumliche Ausdehnung eines das fluidische Kanalsystem und das pneumatische Kanalsystem umfassenden mikrofluidischen Netzwerks entlang der ersten Richtung größer sein als die räumliche Ausdehnung entlang der zweiten Richtung. Dabei kann eine räumliche Ausdehnung der pneumatischen Schnittstelle entlang der ersten Richtung größer sein als die räumliche Ausdehnung der pneumatischen Schnittstelle entlang der zweiten Richtung. Dabei können die erste Richtung und die zweite Richtung zueinander senkrecht beziehungsweise orthogonal angeordnet sein. Vorteilhafterweise ist dadurch eine besonders kompakte, pneumatisch aktuierbare Form der mikrofluidischen Vorrichtung umsetzbar.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann in einem betriebsbereiten Zustand der Vorrichtung eine Kraftkomponente des Schwerefeldes der Erde entlang der ersten Richtung wirken. Beispielsweise kann im betriebsbereiten Zustand der Vorrichtung die erste Richtung des Raumes derart zu einem Schwerefeld orientiert sein, dass eine nicht-verschwindende Kraftkomponente des Schwerefeldes entlang der ersten Richtung des Raumes wirken kann beziehungsweise die Projektion der Feldlinien des Schwerefeldes auf die erste Richtung des Raumes nicht verschwindend sein kann. Beispielsweise kann eine vertikale Abmessung der pneumatischen Schnittstelle größer sein als eine horizontale Abmessung der pneumatischen Schnittstelle und ein Transport von Flüssigkeiten innerhalb der mikrofluidischen Vorrichtung kann insbesondere entlang der vertikalen Richtung erfolgen, wobei die vertikale Abmessung der fluidischen Netzwerks größer als die horizontale Abmessung des fluidischen Netzwerks sein kann. Vorteilhafterweise können dadurch ein Fluidtransport innerhalb der Vorrichtung und entsprechend gewünschte Analyseprozesse optimiert werden, beispielsweise durch ein Abführen von Gasblasen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die pneumatische Schnittstelle eine Anordnung von pneumatischen Anschlüssen zum Verbinden des pneumatischen Kanalsystems mit dem Analysegerät aufweisen. Beispielsweise kann eine Mehrzahl von aktiven mikrofluidischen Elementen über eine gemeinsame pneumatische Schnittstelle mit mehreren pneumatischen Ports angesteuert werden, welche daher auch als Manifold bezeichnet werden kann. Durch die vorteilhafte Ausformung der pneumatischen Schnittstelle als ein Manifold, welches mehrere pneumatische Anschlüsse umfasst, kann auf besonders einfache und kompakte Weise eine pneumatische Ansteuerung der mikrofluidischen Vorrichtung in einer externen Prozessierungseinheit erreicht werden.

Zudem können die Anschlüsse der pneumatischen Schnittstelle in wenigstens zwei Reihen entlang der ersten Richtung angeordnet sein, wobei die Anschlüsse zueinander hexagonal und zusätzlich oder alternativ äquidistant angeordnet sind. Beispielsweise können die von den Anschlüssen einer Reihe ausgehenden pneumatischen Mikrokanäle zwischen den Anschlüssen der anderen Reihe und insbesondere den von diesen ausgehenden pneumatischen Mikrokanälen ausgeformt sein. Dabei können die Anschlüsse der pneumatischen Schnittstelle auf einem hexagonalen Gitter und äquidistant, das heißt mit demselben Abstand zueinander, angeordnet sein. Vorteilhafterweise kann dadurch eine besonders kompakte Ausformung der pneumatischen Schnittstelle bei gleichzeitig optimaler Ansteuerbarkeit der mikrofluidischen Elemente ermöglicht werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die pneumatische Schnittstelle maximal eine Hälfte einer Gesamtfläche der Vorrichtung ausformen. Insbesondere kann die Schnittstelle angrenzend an einen Rand der Vorrichtung angeordnet sein. Eine Anordnung der pneumatischen Schnittstelle in einem Randbereich der Vorrichtung, also insbesondere eine Anordnung zwischen einem Rand der Vorrichtung und dem mikrofluidischen Netzwerk, insbesondere zwischen dem Rand und dem fluidischen Kanalsystem, ermöglicht eine besonders einfache Krafteinwirkung für eine pneumatisch möglichst dichte Verbindung zwischen der pneumatischen Schnittstelle und externen pneumatischen Anschlüssen, insbesondere des Analysegeräts, und vermeidet vorteilhafterweise eine Krafteinwirkung auf das mikrofluidische Netzwerk, insbesondere auf das fluidische Kanalsystem. Eine Anordnung der pneumatischen Schnittstelle in einem Randbereich der Vorrichtung hat ferner den Vorteil, dass potentiell unerwünschte Funktionsbeeinträchtigungen der pneumatischen Schnittstelle durch Prozesse im fluidischen Netzwerk, insbesondere eine Temperatureinwirkung auf die Schnittstelle, reduziert werden. Beispielsweise kann die pneumatische Schnittstelle innerhalb einer Hälfte oder eines Drittels der Vorrichtung angeordnet sein und insbesondere angrenzend an den Rand der Vorrichtung. Vorteilhafterweise kann dadurch eine kompakte Realisierung der pneumatischen Schnittstelle ermöglicht werden. Zudem kann dadurch eine Durchführung von fluidischen Mikrokanälen durch die pneumatische Schnittstelle vermieden werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Vorrichtung zumindest eine Flüssigreagenzien-Vorlagerungskammer zur langzeitstabilen Vorlagerung von Flüssigkeiten innerhalb der mikrofluidischen Vorrichtung aufweisen. Vorteilhafterweise kann die Flüssigreagenzien-Vorlagerungskammer ausgebildet sein, um eine für einen Analyseprozess benötigte Flüssigkeit langzeit-stabil und kontaminationsfrei vorzulagern. Vorzugsweise ist die zumindest eine Flüssigreagenzien-Vorlagerungskammer derart bezüglich der pneumatischen Schnittstelle angeordnet, dass sich die Flüssigreagenzien-Vorlagerungskammer bei einer bestimmungsgemäßen, insbesondere gekippten, Verwendung bezogen auf die Schwerkraft oberhalb der pneumatischen Schnittstelle befindet. Unter einer bestimmungsgemäßen Verwendung kann ein betriebsbereiter Zustand der Vorrichtung verstanden werden, vorzugsweise nach einer Aufnahme der Vorrichtung in einem Analysegerät, in welchem die Vorrichtung für den Betrieb bevorzugt gekippl/geneigt gehalten wird.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die pneumatische Schnittstelle in einem an das fluidische Netzwerk, insbesondere an das fluidische und/oder pneumatische Kanalsystem, angrenzenden ersten Randbereich der Vorrichtung angeordnet. Vorzugsweise ist zumindest eine Flüssigreagenzien- Vorlagerungskammer in einem zweiten Randbereich der Vorrichtung angeordnet, wobei der zweite Randbereich an das fluidische Netzwerk, insbesondere an das fluidische und/oder pneumatische Kanalsystem, angrenzt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem zweiten Randbereich um den, bei bestimmungsgemäßer Verwendung der Vorrichtung, bezüglich der wirkenden Schwerkraft oberen Randbereich der Kartusche bzw. des mikrofluidischen Netzwerks. Dies hat den Vorteil, dass Flüssigkeit aus der Vorlagerungskammer unter Ausnutzung der wirkenden Schwerkraft in das fluidische Kanalsystem eingebracht werden kann. Gemäß besonderer Ausgestaltung erstreckt sich eine Flüssigreagenzien- Vorlagerungskammer über mehr als 50%, bevorzugt mehr als 70%, ganz bevorzugt mehr als 90% der Breite der Vorrichtung entlang der zweiten Richtung, beispielsweise entlang der zweiten Richtung. Der erste Randbereich und der zweite Randbereich können sich dabei in unterschiedliche Richtungen entlang der Kartusche erstrecken und bevorzugt orthogonal zueinander ausgerichtet sein. Beispielsweise kann das fluidische Netzwerk, insbesondere das fluidische und/oder pneumatische Kanalsystem, (im Wesentlichen) in einem rechteckig begrenzten Bereich der Vorrichtung angeordnet sein. Dabei können sich der erste Randbereich entlang einer ersten Länge des rechteckig begrenzten Bereichs und der zweite Randbereich entlang einer zweiten Länge des rechteckig begrenzten Bereichs erstrecken, wobei die beiden Längen vorzugsweise orthogonal zueinander ausgerichtet sind. Vorzugsweise kann sich die pneumatische Schnittstelle entlang der ersten Richtung erstrecken oder entlang der ersten Richtung ausgerichtet sein, während zumindest eine Flüssigreagenzien-Vorlagerungskammer sich entlang der zweiten Richtung erstreckt oder entlang der zweiten Richtung ausgerichtet ist. Insbesondere weisen die pneumatische Schnittstelle und die mindestens eine Flüssigreagenzien-Vorlagerungskammer eine (im Wesentlichen) rechteckige Grundform auf, wobei sich die längere Rechteckseite der pneumatischen Schnittstelle in die erste Richtung erstreckt und sich die längere Rechteckseite der Flüssigreagenzien-Vorlagerungskammer in die zweite Richtung erstreckt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Vorrichtung eine erste Polymerlage und eine zweite Polymerlage umfassen, die zumindest in Teilbereichen mit einer flexiblen Membran verbunden sein können. Dabei können in der ersten Polymerlage mehr fluidische Mikrokanäle als in der zweiten Polymerlage angeordnet sein und in der zweiten Polymerlage können mehr pneumatische Mikrokanäle als in der ersten Polymerlage angeordnet sein. Beispielsweise kann die Vorrichtung in Gestalt eines polymeren Mehrschichtaufbaus realisiert sein mit einem ersten Polymerbauteil beziehungsweise einer ersten Baugruppe aus Polymerbauteilen und einem zweiten Polymerbauteil beziehungsweise einer zweiten Baugruppe aus Polymerbauteilen. Diese können jeweils zumindest in Teilbereichen mit einer flexiblen Membran verbunden sein, wobei in dem ersten Polymerbauteil beziehungsweise der ersten Baugruppe aus Polymerbauteilen eine Mehrzahl der fluidischen Mikrokanäle und in dem zweiten Polymerbauteil beziehungsweise der zweiten Baugruppe aus Polymerbauteilen eine Mehrzahl der pneumatischen Mikrokanäle realisiert sein können. Die Integration einer flexiblen Membran in die Lab-on-Chip-Kartusche kann dabei gleich mehrere Vorteile vereinen. So kann eine gezielte Auslenkung der Membran in dafür vorgesehene Ausnehmungen mit festgelegten Abmessungen in der Lab-on-Chip-Kartusche ausgenutzt werden, um definierte Flüssigkeitsvolumina zu prozessieren, beispielsweise durch Verdrängen oder Ansaugen. Ferner können durch den Einsatz einer flexiblen Membran, welche in eine Lab-on-Chip-Kartusche integriert ist, die Flüssigkeiten nahezu komplett in der Lab-on-Chip-Kartusche eingeschlossen werden (lediglich Entlüftungskanäle sind erforderlich) und die Membran kann die pneumatischen Bereiche der Lab-on-Chip-Kartusche von den fluidischen Bereichen trennen. Dadurch kann vorteilhafterweise eine Kontamination der Umwelt durch eine Probe oder umgekehrt verhindert werden. Außerdem können derartige mikrofluidische Lab-on-Chip-Kartuschen in Form eines polymeren Mehrschichtaufbaus kostengünstig aus Polymeren hergestellt werden durch die Verwendung von Serienfertigungsverfahren wie beispielsweise Spritzgießen, Spritzprägen, Stanzen oder Laserdurchstrahl-Schweißen.

Zudem kann die flexible Membran absorbierende Eigenschaften bei einer vorgegebenen Wellenlänge aufweisen und die erste Polymerlage und zusätzlich oder alternativ die zweite Polymerlage kann transparente Eigenschaften bei der Wellenlänge aufweisen, sodass die Membran mit den Polymerlagen mittels Laserdurchstrahl-Schweißens verbindbar sein kann. Beispielsweise kann die flexible Membran absorbierende Eigenschaften bei einer vorgegebenen Wellenlänge aufweisen, wohingegen das erste und das zweite Polymerteil beziehungsweise die erste und die zweite Baugruppe aus Polymerbauteilen transparente Eigenschaften bei der Wellenlänge aufweisen können, sodass ein Verfügen der Membran mit den Polymerteilen beziehungsweise Baugruppen aus Polymerbauteilen mittels Laserdurchstrahl-Schweißens erfolgen kann.

Vorteilhafterweise kann die Vorrichtung dadurch kostengünstig hergestellt werden.

Zudem wird ein Verfahren zum Betreiben einer Variante einer zuvor vorgestellten mikrofluidischen Vorrichtung vorgestellt. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Einbringens eines Probenmaterials und zusätzlich oder alternativ eines Fluids in das fluidische Kanalsystem und einen Schritt des Anlegens eines Druckniveaus an die pneumatische Schnittstelle, um die mikrofluidischen Elemente anzusteuern und das Probenmaterial zu prozessieren.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren einen Schritt des Ausrichtens der mikrofluidischen Vorrichtung in einem Schwerefeld der Erde aufweisen. Dabei kann der Schritt des Ausrichtens beispielsweise vor dem Schritt des Einbringens oder zwischen dem Schritt des Einbringens und dem Schritt des Anlegens durchgeführt werden, um vorteilhafterweise eine Fluidführung während des Prozessierens von Probenmaterial zu optimieren.

Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Analysegeräts;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 3 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 4 eine schematische Draufsichtdarstellung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer anderen mikrofluidischen Vorrichtung mit einer parallelen Führung der fluidischen und pneumatischen Mikrokanäle;

Fig. 6 eine schematische Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer anderen mikrofluidischen Vorrichtung; und

Fig. 7 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben einer mikrofluidischen Vorrichtung.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Analysegeräts 100. Das Analysegerät 100 ist in diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um eingegebene Proben zu analysieren, wodurch zum Beispiel PCR-Tests durchführbar sind. Hierfür ist eine mikrofluidische Vorrichtung 105, bei der es sich lediglich beispielhaft um eine Kartusche mit einem Kunststoffgehäuse und einem mikrofluidischen Netzwerk zum Prozessieren der Probe handelt, in einen Aufnahmebereich 110 eingebbar. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst das Analysegerät weiterhin ein Display 115 mit einer Touchfunktion, mittels dem lediglich beispielhaft Einstellungen zum gewünschten Analyseprozess manuell eingebbar sind. Zudem ist das Display 115 lediglich beispielhaft ausgebildet, um Analyseergebnisse anzuzeigen.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die mikrofluidische Vorrichtung 105 ist ausgebildet, um ein Fluid sowie in dem Fluid gelöstes Probenmaterial zu prozessieren. Lediglich beispielhaft sind hierbei wässrige Lösungen und Pufferlösungen einsetzbar. Des Weiteren sind für die Herstellung von Mehrphasensystemen in der Vorrichtung 105 auch Öle wie Mineral-, Paraffinoder Silikonöle und fluorierte Kohlenwasserstoffe wie 3M Fluorinert FC-40, FC-70 oder Novec 7500 einsetzbar. Als Probenflüssigkeit sind insbesondere wässrige Lösungen mit darin enthaltenem Probenmaterial prozessierbar, insbesondere humanen Ursprungs, beispielsweise gewonnen aus Körperflüssigkeiten, Abstrichen, Sekreten, Sputum oder Gewebeproben. Die in der Probeflüssigkeit nachzuweisenden Targets sind insbesondere von medizinischer, klinischer, therapeutischer oder diagnostischer Relevanz und umfassen beispielsweise Bakterien, Viren, bestimmte Zellen, wie zum Beispiel zirkulierende Tumorzellen, zellfreie DNA oder andere Biomarker.

Hierfür umfasst die Vorrichtung 105 ein mikrofluidisches Netzwerk 200, das in der hier gezeigten Darstellung auf der linken Seite der Figur abgebildet ist, und eine, in der hier gezeigten Figur beispielhaft rechts abgebildete, pneumatische Schnittstelle 205 zum Verbinden der Vorrichtung 105 mit einem Analysegerät, wie es in der vorangegangenen Figur beschrieben wurde. Dabei ist das Analysegerät ausgebildet, um an der Schnittstelle 205 mindestens zwei unterschiedliche Druckniveaus anzulegen.

Das mikrofluidische Netzwerk 200 umfasst ein fluidisches Kanalsystem 210 mit einer Mehrzahl von fluidischen Mikrokanälen zum Transportieren von Fluiden. In der hier gezeigten Darstellung sind die fluidischen Mikrokanäle beispielhaft durch durchgezogene, schwarze Linien skizziert. Das fluidische Kanalsystem 210 weist eine Mehrzahl von durch die fluidischen Mikrokanäle verbundenen mikrofluidischen Elementen 211 , 212, 213, 214, 215, 216, 217, 218, 219, 220, 221 , 222, 223, 231 , 232, 233, 234, 235, 236 auf, die ausgebildet sind, um mittels pneumatischer Aktuation ein kontrolliertes Verdrängen von Fluiden zu bewirken. Lediglich beispielhaft handelt es sich dabei um mikrofluidische Ventile 211 , 212, 213, 214, 215, 216, 217, 218, 219, 220, 221 , 222, 223 und mikrofluidische Pumpkammern 231 , 232, 233, 234, 235, 236. In der hier gezeigten Abbildung sind gleichartige mikrofluidische Elemente durch gleichartige schematische Bezugszeichen visualisiert. Die mikrofluidischen Ventile 211 , 212, 213, 214, 215, 216, 217, 218, 219, 220, 221 , 222, 223 und Pumpkammern 231 , 232, 233, 234, 235, 236 sind durch entsprechende Bezugszeichen visualisiert. Dabei weisen die fluidischen Mikrokanäle des fluidischen Kanalsystems 210 entlang einer ersten Richtung 240 ausgerichtete erste Fluidikabschnitte 242 und entlang einer zweiten Richtung 245 ausgerichtete zweite Fluidikabschnitte 247 auf. Der Übersichtlichkeit halber ist lediglich einer der in die erste Richtung 240 ausgerichteten Abschnitte der fluidischen Mikrokanäle und einer der in die zweite Richtung 245 ausgerichteten Abschnitte der fluidischen Mikrokanäle mit einem Bezugszeichen versehen.

Weiterhin umfasst das Netzwerk 200 der Vorrichtung 105 ein pneumatisches Kanalsystem 250 mit einer Mehrzahl von pneumatischen Mikrokanälen zum Ansteuern der mikrofluidischen Elemente 211 , 212, 213, 214, 215, 216, 217, 218, 219, 220, 221 , 222, 223, 231 , 232, 233, 234, 235, 236. In der hier gezeigten Darstellung sind die pneumatischen Mikrokanäle beispielhaft als gestrichelte Linien skizziert. Dabei ist das pneumatische Kanalsystem 250 mit der pneumatischen Schnittstelle 205 verbunden, wobei die pneumatischen Mikrokanäle entlang der ersten Richtung 240 ausgerichtete erste Pneumatikabschnitte 251 und entlang der zweiten Richtung 245 ausgerichtete zweite Pneumatikabschnitte 252 aufweisen. Der Übersichtlichkeit halber ist lediglich einer der in die erste Richtung 240 ausgerichteten Abschnitte der pneumatischen Mikrokanäle und einer der in die zweite Richtung 245 ausgerichteten Abschnitte der pneumatischen Mikrokanäle mit einem Bezugszeichen versehen.

Eine Gesamtlänge der ersten Fluidikabschnitte 242 ist größer ist als eine Gesamtlänge der zweiten Fluidikabschnitte 247 und eine Gesamtlänge der ersten Pneumatikabschnitte 251 ist kleiner als eine Gesamtlänge der zweiten Pneumatikabschnitte 252. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Gesamtlänge der ersten Fluidikabschnitte 242 wesentlich größer als die Gesamtlänge der zweiten Fluidikabschnitte 247 und die Gesamtlänge der ersten Pneumatikabschnitte 251 ist wesentlich kleiner als eine Gesamtlänge der zweiten Pneumatikabschnitte 252. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Gesamtlänge der ersten Fluidikabschnitte 242 um einen Faktor 2, 4, 8 oder 16 größer als die Gesamtlänge der zweiten Fluidikabschnitte 247. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Gesamtlänge der ersten Pneumatikabschnitte 251 um einen Faktor 2, 4, 8 oder 16 kleiner als eine Gesamtlänge der zweiten Pneumatikabschnitte 252. In diesem Ausführungsbeispiel ist die erste Richtung 240 lediglich beispielhaft orthogonal zur zweiten Richtung 245 ausgerichtet Entsprechend zeichnet sich die Vorrichtung 105 insbesondere aus durch eine zueinander senkrechte beziehungsweise orthogonale Führung der fluidischen und pneumatischen Mikrokanäle. Dabei ist in diesem Ausführungsbeispiel eine räumliche Ausdehnung des das fluidische Kanalsystem 210 und das pneumatische Kanalsystem 250 umfassenden mikrofluidischen Netzwerks 200 entlang der ersten Richtung 240 größer ist als die räumliche Ausdehnung entlang der zweiten Richtung 245. Zudem ist beispielhaft eine räumliche Ausdehnung der pneumatischen Schnittstelle 205 entlang der ersten Richtung 240 größer ist als die räumliche Ausdehnung der pneumatischen Schnittstelle 205 entlang der zweiten Richtung 245. Anders ausgedrückt ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel eine vertikale Ausdehnung der pneumatischen Schnittstelle 205 größer als eine horizontale Ausdehnung der pneumatischen Schnittstelle und eine vertikale Ausdehnung des fluidischen Netzwerks 200 ist größer als eine horizontale Ausdehnung des fluidischen Netzwerks 200. Dabei entspricht die räumliche Ausdehnung einer Gesamtfläche der pneumatischen Schnittstelle 205 in diesem Ausführungsbeispiel weniger als einem Drittel der Gesamtfläche des mikrofluidischen Netzwerks 200. Wie oben beschrieben, ist die pneumatische Schnittstelle 205 in einem Randbereich zwischen einem Rand der Vorrichtung 105 und dem, im Wesentlichen rechteckig begrenzten, Netzwerk 200 angeordnet und erstreckt sich entlang der ersten Richtung 240. In anderen Ausführungsbeispielen kann die pneumatische Schnittstelle maximal eine Hälfte einer Gesamtfläche der Vorrichtung ausformen. In einem Ausführungsbeispiel wirkt zudem lediglich beispielhaft im betriebsbereiten Zustand der Vorrichtung 105 eine Kraftkomponente des Schwerefeldes 255 der Erde entlang der ersten Richtung 240. Dabei ist ausgehend von einem Erdgravitationsfeld mit einer Schwerebeschleunigung von ca. 9.81 m/s ² die Vorrichtung 105 lediglich beispielhaft in einem vorgegebenen Winkel oder Winkelbereich zu den Feldlinien des Gravitationsfeldes ausgerichtet. Beispielhaft entspricht die Ausrichtung der Vorrichtung 105 entlang der vertikalen Richtung 240 relativ zu einer Ebene, welche senkrecht zu den Feldlinien des Gravitationsfeldes orientiert ist, einem Winkel von 30°, um das Schwerefeld zur auftriebsgetriebenen Abführung von Gasblasen zu nutzen. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Ausrichtung beispielsweise in einem Winkel zwischen 0 und 60° erfolgen. Die pneumatische Schnittstelle 205 ist in diesem Ausführungsbeispiel angrenzend an einen Rand 260 der Vorrichtung 105 angeordnet und weist lediglich beispielhaft eine Anordnung von pneumatischen Anschlüssen 261 , 262, 263, 264, 265, 266, 267, 268, 269, 270, 271 , 272, 273, 274, 275, 276, 277, 278 zum Verbinden des pneumatischen Kanalsystems 250 mit dem Analysegerät auf. Die Anschlüsse können auch als Ports bezeichnet werden. Lediglich beispielhaft sind die pneumatischen Anschlüsse 261 , 262, 263, 264, 265, 266, 267, 268, 269, 270, 271 , 272, 273, 274, 275, 276, 277, 278 in zwei Reihen entlang der ersten Richtung 240 in einem hexagonalen Schema angeordnet. Beispielhaft sind die ungerade bezifferten Anschlüsse 261 , 263, 265, 267, 269, 271 , 273, 275 und 277 in der hier gezeigten Darstellung in einer ersten vertikalen Reihe und die gerade bezifferten Anschlüsse 262, 264, 266, 267, 268, 270, 272, 274, 276 und 278 in einer zweiten, zu der ersten parallelen vertikalen Reihe angeordnet. Innerhalb der Reihen weisen die Ports beispielhaft jeweils den gleichen Abstand zu den benachbarten Ports auf. Die beiden Port- Reihen sind dabei lediglich beispielhaft um einen halben Port-Abstand versetzt zueinander angeordnet, wobei sich insgesamt eine hexagonale und äquidistante Anordnung aller pneumatischen Ports ergibt. Die von der zweiten Reihe an Ports ausgehenden Pneumatik- Kanäle sind zwischen den Ports der ersten Reihe hindurchgeführt.

Das fluidische Netzwerk 200 weist in einem Ausführungsbeispiel eine Anordnung von aktiven mikrofluidischen Elementen wie Ventilen 211 , 212, 213, 214, 215, 216, 217, 218, 219, 220, 221 , 222, 223 und Pumpkammern 231 , 232, 233, 234, 235, 236 auf, welche über das fluidische Kanalsystem 210 miteinander und mit weiteren passiven, das heißt nicht pneumatisch ansteuerbaren, Elementen verbunden sind. Bei den weiteren passiven, das heißt nicht pneumatisch ansteuerbaren, Elementen handelt es sich in einem Ausführungsbeispiel um Flüssigreagenzien-Vorlagerungskammern 281 , 282, 283, wenigstens eine (verschließbare) Probeneingabekammer 285, eine Filterkammer 287 mit integriertem Filterelement, wenigstens eine Flüssigkeitsspeicherkammer 290 sowie Entlüftungsöffnungen 291 , 292, 293 mit fluidischen Entkopplungsreservoiren. Wie in Fig. 2 dargestellt, sind die Flüssigreagenzien- Vorlagerungskammern 281 , 282, 283 in einem zweiten Randbereich zwischen einem Rand der Vorrichtung 105 und dem mikrofluidischen Netzwerk 200 bzw. in einem Randbereich des mikrofluidischen Netzwerks 200 entlang der zweiten Richtung 245 angeordnet. Insbesondere sind die Flüssigreagenzien- Vorlagerungskammern 281 , 282, 283 bezüglich einer bei bestimmungsgemäßer Verwendung der Vorrichtung 105 wirkenden Schwerkraft oberhalb bzw. im oberen Randbereich des mikrofluidischen Netzwerks 200 angeordnet Wie ebenfalls aus Fig. 2 ersichtlich, erstrecken sich die pneumatische Schnittstelle 205 und die Flüssigreagenzien-Vorlagerungskammern 281 , 282, 283 in orthogonalen Richtungen zueinander, nämlich entlang der ersten Richtung 240 bzw. der zweiten Richtung 245. Auch unabhängig von der konkreten Ausgestaltung gemäß Fig. 2 kann die Vorrichtung 105 eine Flüssigreagenzien- Vorlagerungskammer aufweisen welche sich über mehr als 50%, bevorzugt mehr als 70%, ganz bevorzugt mehr als 90% der Breite der Vorrichtung 105 entlang der zweiten Richtung 245 erstreckt, beispielsweise wie im Falle des Beispiels gemäß Fig. 2 entlang der zweiten Richtung auch oberhalb der pneumatischen Schnittstelle 205. Mit anderen Worten sind in bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wie dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sowohl die pneumatische Schnittstelle 205 als auch die Flüssigreagenzien- Vorlagerungskammern 281 , 282, 283 und die Probeneingabekammer 285 in Randbereichen der mikrofluidischen Vorrichtung 105 ausgeformt und das mikrofluidische Netzwerk 200 zum Prozessieren von Flüssigkeiten befindet sich lediglich in dem eingeschlossenen zentralen Bereich der Kartusche 105. Auf diese Weise kann besonders vorteilhaft eine Reduktion der Pumpstrecken und Kanalvolumina erreicht werden. Somit kann eine Beeinträchtigung der Prozessierung durch Totvolumina reduziert und damit die Effizienz bei einem Transfer von Flüssigkeiten in dem mikrofluidischen Netzwerk gesteigert werden.

Die mikrofluidische Vorrichtung 105 ist lediglich beispielhaft verwirklicht in Gestalt einer Polymerkartusche und insbesondere eines polymeren Mehrschichtaufbaus, sodass diese kostengünstig aus Polymer-Materialien herstellbar ist durch die Nutzung von Serienfertigungsverfahren wie beispielsweise Spritzgießen, Stanzen und/oder Laserdurchstrahl-Schweißen.

Die aktiven mikrofluidischen Elemente 211 , 212, 213, 214, 215, 216, 217, 218, 219, 220, 221 , 222, 223, 231 , 232, 233, 234, 235, 236 sind insbesondere für die pneumatisch kontrollierte Herstellung und Steuerung des mikrofluidischen Flusses in dem mikrofluidischen Netzwerk 200 der mikrofluidischen Vorrichtung 105 einsetzbar. Bei den aktiven mikrofluidischen Elementen handelt es sich in einem Ausführungsbeispiel um mikrofluidische Ventile 211 , 212, 213, 214, 215,

216, 217, 218, 219, 220, 221 , 222, 223 und Pumpkammern 231 , 232, 233, 234, 235, 236, welche jeweils eine Verdrängung von Flüssigkeiten aus einem dafür vorgesehenen Teil von flüssigkeitsführenden Strukturen der Vorrichtung 105 bewirken können und welche insbesondere pneumatisch von einer dafür vorgesehenen Prozessierungseinheit über eine Schnittstelle 205 mit pneumatischen Ports 261 , 262, 263, 264, 265, 266, 267, 268, 269, 270, 271 , 272, 273, 274, 275, 276, 277, 278 ansteuerbar sind, sodass eine vollautomatisierte mikrofluidische Prozessierung der Flüssigkeiten in der Polymerkartusche erzielbar ist.

Die aktiven mikrofluidischen Elemente sind dazu in einem Ausführungsbeispiel verwirklicht unter Verwendung einer flexiblen Membran, welche an zwei weitere rigide Polymerbauteile angrenzt, wobei sich in wenigstens einem der weiteren Polymerbauteile flüssigkeitsführende Strukturen befinden.

Ein mikrofluidisches Ventil 211 , 212, 213, 214, 215, 216, 217, 218, 219, 220, 221 , 222, 223 ist beispielhaft realisiert durch die Abtrennung zweier flüssigkeitsführender Strukturen durch eine insbesondere pneumatisch bewirkte Auslenkung einer Membran in ein dafür vorgesehenes und insbesondere vorteilhaft ausgeformtes Teilvolumen der flüssigkeitsführenden Strukturen. Dabei beträgt ein Verdrängungsvolumen eines Ventils 211 , 212, 213, 214, 215, 216,

217, 218, 219, 220, 221 , 222, 223 lediglich beispielhaft bei Ausgestaltung als Schaltventil 80 nl bis 1 pl, bevorzugt 100 nl bis 300 nl, und bei Ausgestaltung als Pumpventil 200 nl bis 3 pl, bevorzugt 500 nl bis 2 pl.

Eine mikrofluidische Pumpkammer 231 , 232, 233, 234, 235, 236 ist eng mit dem Ventil verwandt und basiert ebenfalls auf einer Verdrängung von Flüssigkeiten aus dafür vorgesehenen Bereichen von flüssigkeitsführenden Strukturen der Vorrichtung 105. Im Unterschied zu Ventilen weisen Pumpkammern im Allgemeinen ein größeres Volumen auf und werden insbesondere zur temporären Aufnahme definierter Flüssigkeitsvolumina und insbesondere zur Aufnahme eines signifikanten Teils oder des (nahezu) gesamten Volumens einer in einem Schritt eines mikrofluidischen Ablaufs zu prozessierenden Flüssigkeit eingesetzt. In einem Ausführungsbeispiel beträgt das Verdrängungsvolumen einer Pumpkammer 231 , 232, 233, 234, 235, 236 10 pl bis 50 pl, bevorzugt 15 pl bis 25 pl, beispielsweise 20 pl. Dabei ist eine mikrofluidische Pumpkammer in vorteilhafter Weise insbesondere in Kombination mit zwei die Pumpkammer umschließenden mikrofluidischen Ventilen einsetzbar, um eine Pumpeinheit zu realisieren, welche auf möglichst kompaktem Raum eine Herstellung möglichst großer Flussraten in der mikrofluidischen Vorrichtung 105 ermöglicht. Dies wird insbesondere erreicht durch die Ausbildung der Pumpeinheit aus einer Pumpkammer 231 , 232, 233, 234, 235, 236 mit einem großen Verdrängungsvolumen, welche zum Pumpen, das heißt zum gerichteten Verdrängen von Flüssigkeiten einsetzbar ist, und zwei Ventilen 211 , 212, 213, 214, 215, 216, 217, 218, 219, 220, 221 , 222, 223 mit kleinem Verdrängungsvolumen, welche durch ein geeignetes Aktuationsschema lediglich beispielhaft zur Festlegung und Herstellung der Pumprichtung einsetzbar sind. Insgesamt zeichnet sich eine solche Pumpeinheit aus durch ein großes Pumpvolumen pro Pumpschritt, einen geringen Platzbedarf zur Realisierung der Pumpeinheit sowie durch ein pulsatiles, das heißt ein zeitlich veränderliches, Flussratenprofil. In der in dieser Figur schematisch dargestellten Vorrichtung 105 sind mehrere derartige Pumpeinheiten realisiert durch Kombination aus einer Pumpkammer mit zwei anliegenden mikrofluidischen Ventilen wie beispielsweise die Pumpkammer 235 mit den angrenzenden Ventilen 214 und 221 oder die Pumpkammer 234 mit den angrenzenden Ventilen 217 und 219.

Um insbesondere ein Pumpen mit einer möglichst konstanten, weniger veränderlichen Flussrate zu bewirken, bietet sich insbesondere ein peristaltisches Pumpen durch eine peristaltische Aktuation wenigstens dreier gleichartiger aktiver mikrofluidischer Elemente an, wobei die wenigstens drei aktiven mikrofluidischen Elemente ein ähnliches Volumen und insbesondere nahezu dasselbe Volumen aufweisen. Ein peristaltisches Pumpen mit drei gleichartigen aktiven mikrofluidischen Elementen kann unabhängig von deren (gleichem) Verdrängungsvolumen erzielt werden, das heißt insbesondere sowohl durch den Einsatz von mikrofluidischen Ventilen, welche ein kleines Verdrängungsvolumen aufweisen können oder aber unter dem Einsatz von mikrofluidischen Pumpkammern, welche insbesondere ein größeres Verdrängungsvolumen aufweisen können. In der in dieser Figur schematisch dargestellten Vorrichtung 105 sind derartige peristaltische Pumpvorrichtungen beispielhaft realisiert durch eine Kombination der drei Ventile 212, 214, 215 und der drei Pumpkammern 231 , 232, 233.

Folglich ist in Bezug auf einen peristaltischen Flüssigkeitstransport eine begriffliche Unterscheidung zwischen „Ventil“ und „Pumpkammer“ hinfällig. Die begriffliche Trennung ist lediglich sinnvoll, sofern (wie in der Vorrichtung 105) eine multifunktionale Verwendung der mikrofluidischen Elemente vorliegt: Ein mikrofluidisches Element, welches - neben der Herstellung eines peristaltischen Flüssigkeitstransports - vordergründig zur Steuerung des mikrofluidischen Flusses innerhalb der mikrofluidischen Vorrichtung eingesetzt wird, wird daher insbesondere als mikrofluidisches Ventil bezeichnet. Ein mikrofluidisches Element, welches - neben der Herstellung eines peristaltischen Flüssigkeitstransports - vordergründig zur Erzeugung des mikrofluidischen Flusses sowie zur zwischenzeitlichen Speicherung eines signifikanten Teils des zu prozessierenden Flüssigkeitsvolumen innerhalb der mikrofluidischen Vorrichtung eingesetzt wird, wird daher insbesondere als mikrofluidische Pumpkammer bezeichnet.

Abhängig von den verwendeten Funktionalitäten eines mikrofluidischen Elements erfolgt eine vorteilhafte Ausgestaltung: Ein mikrofluidisches Ventil und insbesondere ein mikrofluidisches Steuerungs- oder Abtrennventil, das heißt ein mikrofluidisches Ventil, welches ausschließlich zur Steuerung des mikrofluidischen Flusses oder zur Abtrennung von flüssigkeitsführenden Strukturen eingesetzt wird (und nicht für einen peristaltischen Flüssigkeitstransport), weist daher insbesondere ein möglichst kleines Verdrängungsvolumen auf, und zwar einerseits, um ein möglichst geringes Flüssigkeitsvolumen aufzuweisen, welches in einem mikrofluidischen Ablauf gegebenenfalls gespült wird, und andererseits, um eine möglichst kompakte Realisierung der mikrofluidischen Vorrichtung 105 zu erzielen. Eine Pumpkammer, welche insbesondere zum definierten Speichern und Abmessen von Flüssigkeiten verwendet wird, weist hingegen insbesondere ein vorgegebenes Verdrängungsvolumen auf, beispielsweise 20 pl, welches im Wesentlichen dem zu prozessierenden Flüssigkeitsvolumen oder zumindest einem signifikanten Bruchteil davon entspricht. Bei der genauen Berechnung des Verdrängungsvolumens einer Pumpkammer, um ein vorgegebenes Flüssigkeitsvolumen zu prozessieren, sollten für eine genau definierte Prozessierung ebenfalls die Kanal- und Ventilvolumina mit einbezogen werden.

Unabhängig von dem Flüssigkeitstransportmechanismus und der genauen Ausgestaltung eines aktiven mikrofluidischen Elements wird der Flüssigkeitstransport innerhalb der mikrofluidischen Vorrichtung 105 zusammengefasst wie oben beschrieben durch das Auslenken einer flexiblen Polymer-Membran in flüssigkeitsführende Ausnehmungen eines rigiden Polymerbauteils erzielt, sodass eine kontrollierte Verdrängung von Flüssigkeiten innerhalb der mikrofluidischen Vorrichtung 105 - insbesondere durch das Applizieren von unterschiedlichen Druckniveaus an eine pneumatische Schnittstelle der Vorrichtung - erreicht werden kann. Neben den aktiven, das heißt pneumatisch angesteuerten, mikrofluidischen Elementen zur Herstellung und Steuerung des Flüssigkeitstransports in dem fluidischen Netzwerk 200 weist die Vorrichtung 105 in einem Ausführungsbeispiel die nachfolgend beschriebenen passiven Elemente auf:

Die Flüssigreagenzien-Vorlagerungskammern 281 , 282, 283 dienen insbesondere zur langzeitstabilen Vorlagerung und definierten Freisetzbarkeit von Flüssigreagenzien, welche für die Durchführung eines Testablaufs in der Vorrichtung 105 benötigt werden. Dabei enthalten die Vorlagerungskammern 281 , 282, 283 lediglich beispielhaft sämtliche Flüssigreagenzien, welche für die Durchführung eines Testablaufs benötigt werden. Auf diese Weise ist mit Ausnahme der Probe keine Eingabe von weiteren Flüssigkeiten in die Vorrichtung 105 nötig, um einen Testablauf vollautomatisiert innerhalb der Vorrichtung 105 durchführen zu lassen.

Die Probeneingabekammer 285 ist insbesondere zum Einbringen einer Probe, beispielsweise eines beflockten Tupfers mit einer Abstrichprobe oder einer Probenflüssigkeit, das heißt einer Flüssigkeit mit Bestandteilen einer Probe, in die Vorrichtung 105 ausgestaltet. Die Probeneingabekammer 285 ist lediglich beispielhaft insbesondere mittels eines Deckelelements verschließbar, um eine Kontamination der Umwelt durch die Probe oder umgekehrt der Probe durch die Umwelt ausschließen zu können. In besonderer Ausgestaltung ist die Probeneingabekammer 285 mit einer Länge entlang der ersten Richtung 240 ausführbar, welche mehr als 50%, bevorzugt mehr als 70%, ganz bevorzugt mehr als 90% der Länge 240 der Vorrichtung entspricht, was insbesondere für eine Aufnahme eines langen beflockten Tupfers vorteilhaft ist.

Die Filterkammer 287 mit integriertem Filterelement ist insbesondere ausgestaltet für eine Extraktion von Bestandteilen aus einer Probenflüssigkeit. Bei dem Filterelement kann es sich lediglich beispielhaft um ein Silika-Gewebe, welches für eine Extraktion von Desoxyribonukleinsäuren (DNA) oder Ribonukleinsäuren (RNA) geeignet ist. Dabei weist die Filterkammer 287 mit Filterelement lediglich beispielhaft ein Volumen von 7 pl auf. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Filterkammer ein Volumen von 3 pl bis 20 pl, bevorzugt 5 pl bis 10 pl, aufweisen. Durch die Anordnung der Filterkammer 287 mit integriertem Filterelement zwischen der Probeneingabekammer 285 und der Flüssigkeitsspeicherkammer 290 ist vorteilhafterweise eine besonders kurze Pumpstrecke beim Pumpen von Probenflüssigkeit aus der Probeneingabekammer 285 in die Flüssigkeitsspeicherkammer 290 durch das Filterelement (zur Extraktion von Bestandteilen aus der Probenflüssigkeit) möglich.

Die Filterkammer 287 ist in einem Ausführungsbeispiel über zwei mikrofluidische Ventile 217, 218, welche auf dem mikrofluidischen Kanal in möglichst unmittelbarer Umgebung der Filterkammer 287 auf beiden Seiten der Filterkammer 287 angeordnet sind, durch ein Schließen der beiden Schaltventile von dem Kanal und dem fluidischen Kanalsystem 210 abtrennbar. Die Schaltventile 217, 218 weisen lediglich beispielhaft ein besonders geringes Volumen auf, um das um die Filterkammer 287 herum befindliche Volumen zu minimieren. Ferner sind die Schaltventile 217, 218 in vorteilhafter Weise gleichgeschaltet, das heißt gemeinsam über genau einen pneumatischen Anschluss 269 aktuierbar.

Die Flüssigkeitsspeicherkammer 290 ist in einem Ausführungsbeispiel ausgestaltet, um Flüssigkeiten, wie beispielhaft Teile einer Probenflüssigkeit, insbesondere nach der Extraktion von Bestandteilen durch das Filterelement, aufzunehmen und zu speichern. Dabei verbleiben die Flüssigkeiten beispielsweise in der Flüssigkeitsspeicherkammer 290, ohne dass es zu einer Kontamination der Umwelt durch eine Flüssigkeit kommt, auch nachdem ein Testablauf in der Lab-on-Chip-Kartusche bereits durchgeführt worden ist Letzteres ist insbesondere durch die Implementierung von einem Entkopplungsreservoir zwischen der Flüssigkeitsspeicherkammer 290 und der Entlüftungsöffnung 292 ermöglicht.

Die Entlüftungsöffnungen 291 , 292, 293 dienen in einem Ausführungsbeispiel zur Entlüftung des mikrofluidischen Systems und sorgen so insbesondere für einen Druckausgleich innerhalb des mikrofluidischen Systems, beispielsweise während eines Pumpvorgangs von einer Flüssigkeit aus einer der Flüssigreagenzien- Vorlagerungskammern 281 , 282, 283 in die Flüssigkeitsspeicherkammer 290. Dabei sind in dem mikrofluidischen Netzwerk 200 vor den Entlüftungsöffnungen 291 , 292, 293 insbesondere Entkopplungsreservoire angeordnet, welche einen unerwünschten Austritt von Flüssigkeit aus der Vorrichtung 105 unterbinden.

Die beschriebenen aktiven und passiven Elemente sind dabei über mikrofluidische Kanäle miteinander verbunden und bilden so ein mikrofluidisches Netzwerk 200, welches eine geeignete Topologie, das heißt räumliche Anordnung der das mikrofluidische Netzwerk 200 konstituierenden Elemente, aufweist, um wenigstens einen und insbesondere eine Mehrzahl von mikrofluidischen Testabläufen in dem Netzwerk durchführen zu können.

Dazu ist in einem Ausführungsbeispiel um die Filterkammer 287 herum ein mikrofluidischer Kanal ausgeformt, welcher von beiden Seiten an die Filterkammer 287 angrenzt und insbesondere schleifenförmig geschlossen ist. In dem in dieser Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Kanal die Elemente 287, 218, 235, 215, 231 , 232, 233, 216, 234 und 217. Dabei ist die Filterkammer 287 umrahmt von den Schaltventilen 217 und 218 und ist über T-förmige Kanalkreuzungen an die Probeneingabekammer 285 und die Flüssigkeitsspeicherkammer 290 angebunden, wobei die beiden T-förmigen Kanalkreuzungen die Filterkammer 287 und die beiden um die Filterkammer angeordneten Schaltventile 217, 218 umschließen, insbesondere in der Art, dass sich ein möglichst geringes Volumen des mikrofluidischen Kanals, der Filterkammer 287 und der Schaltventile 217, 218 zwischen den beiden T- förmigen Kanalkreuzungen ergibt. In vorteilhafter Weise ist dieses Volumen minimierbar, um eine besonders effiziente mikrofluidische Prozessierung, insbesondere im Zusammenhang mit der Aufreinigung einer Probenflüssigkeit, zu erzielen.

Ferner umfasst das fluidische Netzwerk 200 in einem Ausführungsbeispiel eine reihenförmige Anordnung aus Pumpkammern 231 , 232, 233 und Pumpventilen 215, 216, 217, 218 an dem beispielhaft schleifenförmig ausgeformten mikrofluidischen Kanal, welche für einen Transport von Flüssigkeiten durch die Filterkammer 287 und insbesondere innerhalb des mikrofluidischen Kanals einsetzbar sind, insbesondere eine Anordnung aus wenigstens einer Pumpkammer und wenigstens drei Pumpventilen, um sowohl ein Pumpen mittels der Pumpkammer als auch ein peristaltisches Pumpen mittels der wenigstens drei Pumpventile zu erreichen. Dabei weist das Netzwerk 200 wenigstens drei gleichartige Pumpkammern 231 , 232, 233 auf, um ebenfalls ein peristaltisches Pumpen mit den gleichartigen Pumpkammern 231 , 232, 233 zu ermöglichen. Der beispielhaft schleifenförmig geschlossene Kanal mit der Filterkammer 287, den T-förmigen Kanalkreuzungen, den Pumpkammern 231 , 232, 233, 234, 235 und den mikrofluidischen Ventilen 215, 216, 217, 218 ist in einem Ausführungsbeispiel durch Abtrennventile 214, 219, 220, 221 , 222 von dem restlichen fluidischen Netzwerk 200 abtrennbar, um einen Flüssigkeitstransport in dem schleifenförmig geschlossenen Kanal zu ermöglichen. Die drei gleichartigen Pumpkammern 231 , 232, 233 sind insbesondere in Reihe angeordnet und durch zwei Ventile 215, 216 von dem mikrofluidischen Kanal abtrennbar und darüber hinaus, lediglich beispielhaft nach einer Eingabe der Vorrichtung 105 in ein Analysegerät, einzeln, das heißt im Wesentlichen unabhängig voneinander, temperierbar. Auf diese Weise ist die Vorrichtung 105 neben einer Aufreinigung einer Probensubstanz auch für eine Amplifikation von Probenmaterial insbesondere mittels einer Polymerase-Kettenreaktion einsetzbar.

In dem in dieser Figur schematisch dargestellten vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 105 vier oder mehr Pumpkammern 231 , 232, 233, 234, 235 (entlang eines lediglich beispielhaft schleifenförmigen Kanals) auf, um ein peristaltisches Pumpen unter Verwendung der Pumpkammern 231 , 232, 233, 234, 235 oder einen Transport von sogenannten Flüssigkeits-Plugs innerhalb der Vorrichtung 105 mit einem Volumen im Wesentlichen entsprechend dem Verdrängungsvolumen von zwei oder mehr Pumpkammern 231 , 232, 233, 234, 235 zu erlauben. Auf diese Weise sind durch eine simultane Aktuation einer Mehrzahl der Pumpkammern 231 , 232, 233, 234, 235 im Rahmen eines Pumpschritts größere Flüssigkeitsvolumina handelbar, wodurch lediglich beispielhaft insgesamt die Prozesszeit vorteilhaft verkürzbar ist.

Fig. 3 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Vorrichtung 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die hier dargestellte Vorrichtung 105 entspricht oder ähnelt der in der vorangegangenen Figur 2 beschriebenen Vorrichtung. Dabei umfasst die Vorrichtung 105 in diesem Ausführungsbeispiel eine erste Polymerlage 300 und eines zweite Polymerlage 305, die lediglich beispielhaft mit einer flexiblen Membran 310 verbunden sind. Anders ausgedrückt ist die Vorrichtung 105 in einem Ausführungsbeispiel realisiert in Gestalt eines polymeren Mehrschichtaufbaus mit einem ersten Polymerbauteil beziehungsweise einer ersten Baugruppe aus Polymerbauteilen und einem zweiten Polymerbauteil beziehungsweise einer zweiten Baugruppe aus Polymerbauteilen, welche jeweils zumindest in Teilbereichen mit einer flexiblen Membran 310 verbunden sind. Die Polymerlagen 300, 305 sind lediglich beispielhaft aus Polycarbonat (PC) ausgebildet. In anderen Ausführungsbeispielen können die Bauteile beziehungsweise Baugruppen zusätzlich oder alternativ weitere Polymere wie beispielsweise Styrol-Acrylnitril- Copolymer (SAN), Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Cycloolefin-Copolymer (COP, COC) oder Polymethylmethacrylat (PMMA) aufweisen, sodass sie durch Serienfertigungsverfahren wie Spritzgießen oder Spritzprägen gefertigt werden können. Dabei sind in einem Ausführungsbeispiel in der ersten Polymerlage 300 eine Mehrzahl der fluidischen Mikrokanäle des fluidischen Kanalsystems 210 und in der zweiten Polymerlage 305 eine Mehrzahl der pneumatischen Mikrokanäle des pneumatischen Kanalsystems 250 realisiert. Durch ein Auslenken der flexiblen Membran 310 ist der mikrofluidische Durchfluss durch einen Kanal kontrollierbar beziehungsweise ein mikrofluidischer Transport von Flüssigkeiten herstellbar. Hierfür ist die flexible Membran 310 in einem Ausführungsbeispiel unter Verwendung von thermoplastischen Elastomeren (TPE) wie Polyurethan (TPU) oder Styrol-Blockcopolymer (TPS) ausgebildet und weist eine Mikrostrukturierung durch Stanzen auf. In einem Ausführungsbeispiel weist die flexible Membran 310 zudem absorbierende Eigenschaften bei einer vorgegebenen Wellenlänge auf, wohingegen die erste Polymerlage 300 und die zweite Polymerlage 305 transparente Eigenschaften bei der Wellenlänge aufweisen, sodass ein Verfügen der Membran 310 mit den Polymerteilen beziehungsweise Baugruppen aus Polymerbauteilen insbesondere mittels Laserdurchstrahl-Schweißen und zusätzlich oder alternativ mit Ultraschallschweißen oder Verkleben erfolgen kann.

Fig. 4 zeigt eine schematische Draufsichtdarstellung einer Vorrichtung 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die hier dargestellte Vorrichtung 105 entspricht oder ähnelt der in den vorangegangenen Figuren 2 und 3 beschriebenen Vorrichtung und ist mit einem fluidischen Netzwerk 200 und einer pneumatischen Schnittstelle 205 realisiert.

Durch die orthogonale Systemarchitektur von fluidischen und pneumatischen Mikrokanälen des Netzwerks 200 ist eine besonders hohe Integrationsdichte und damit besonders kompakte Abmessungen der Vorrichtung 105 erzielbar. Die lateralen Abmessungen der Vorrichtung 105 betragen beispielhaft lediglich 85 mm x 68 mm und fallen damit kleiner aus als die Abmessungen von beispielhaft 118 mm x 78 mm einer anderen Vorrichtung, wie sie in den nachfolgenden Figuren 5 und 6 beschrieben wird, mit einem ähnlichen mikrofluidischen Funktionsumfang und einer parallelen Führung von fluidischen und pneumatischen Mikrokanälen. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung beispielsweise laterale Abmessung von 30 x 30 mm ² bis 300 x 300 mm ² aufweisen, bevorzugt 50 x 50 mm ² bis 150 x 100 mm ² .

Die in dieser Figur skizzierte Realisierung der Vorrichtung 105 basiert insbesondere auf einer flexiblen, mikrostrukturierten Polymermembran, welche mit zwei mikrostrukturierten Polymer-Bauteilen mittels Laserschweißen, welches auch als Laserdurchstrahl-Schweißen bezeichnet wird, insbesondere teilflächig verschweißt worden ist. In den rigiden Polymer-Bauteilen sind lediglich beispielhaft flüssigkeitsführende Ausnehmungen angeordnet, welche die mikrofluidischen Kanäle, Pumpkammern und Ventile verwirklichen.

Ferner weist wenigstens eines der Bauteile in einem Ausführungsbeispiel pneumatische Mikrokanäle auf, welche für eine Ansteuerung der aktiven mikrofluidischen Elemente, das heißt insbesondere der Pumpkammern und der Ventile, einsetzbar sind. Die Ansteuerung der mikrofluidischen Elemente erfolgt dabei insbesondere durch ein druckbasiertes, lokal definiertes Auslenken der elastischen Membran 310 in die die Ventile und Pumpkammern bildenden Ausnehmungen der Polymer-Bauteile. Für die Ansteuerung der mikrofluidischen Elemente sind wenigstens zwei Druckniveaus verwendbar. Insbesondere erfolgt die Ansteuerung der aktiven mikrofluidischen Elemente und die Bereitstellung der Druckniveaus durch ein externes Analysegerät, wie es in der vorangegangenen Figur 1 beschrieben wurde. Dabei ist die Vorrichtung 105 über die pneumatische Schnittstelle 205 von dem Analysegerät ansteuerbar. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die pneumatische Schnittstelle 205 am rechten Rand 260 der mikrofluidischen Vorrichtung 105 angeordnet. Die Pneumatikkanäle, welche zur Ansteuerung der mikrofluidischen Elemente einsetzbar sind, sind in der Draufsichtdarstellung nicht erkennbar, da sie in dem unteren Polymer-Bauteil unterhalb der schwarzen, intransparenten Membran 310 angeordnet sind.

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer anderen mikrofluidischen Vorrichtung 500 mit einer parallelen Führung der fluidischen und pneumatischen Mikrokanäle. Wie bei der in der vorangegangenen Figur 2 dargestellten Vorrichtung sind gleichartige mikrofluidische Elemente durch gleichartige schematische Bezugszeichen visualisiert. Ein fluidischer Kanal ist durch eine schwarze Linie skizziert, ein pneumatischer Kanal durch eine gestrichelte Linie. Die mikrofluidischen Ventile 211 , 212, 213, 214, 215, 216, 217, 218, 219, 220, 221 , 222, 223, 524, 525, 526, 527, 528, 529, 530 und Pumpkammern 231 , 232, 233, 234, 235, 236 sind durch entsprechende Bezugszeichen visualisiert und über eine pneumatische Schnittstelle 205 mit pneumatischen Anschlüssen 261 , 262, 263, 264, 265, 266, 267, 268, 269, 270, 271 , 272, 273, 274, 275, 276, 277, 278, 579, 580 ansteuerbar. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 500 in ähnlicher Weise wie die in den vorangegangenen Figuren beschriebenen Vorrichtung über Flüssigreagenzien-Vorlagerungskammern 281 , 282, 283, Probeneingabekammern 285, 585, eine Filterkammer 287 mit Filterelement, eine Flüssigkeitsspeicherkammer 290 sowie Entlüftungsöffnungen 291 , 292, 293 mit fluidischen Entkopplungsreservoiren.

Die parallele Führung von fluidischen und pneumatischen Mikrokanälen korreliert in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel mit der Ausgestaltung der pneumatischen Schnittstelle 205, bei der im Unterschied zu der in den vorangegangenen Figuren beschriebenen Vorrichtung eine vertikale Ausdehnung beziehungsweise eine Ausdehnung entlang der ersten Richtung 240 der pneumatischen Schnittstelle 205 kleiner ist als eine horizontale Ausdehnung beziehungsweise eine Ausdehnung entlang der zweiten Richtung 245 der pneumatischen Schnittstelle 205. Zudem ist in diesem Ausführungsbeispiel eine vertikale Ausdehnung beziehungsweise eine Ausdehnung entlang der ersten Richtung 240 des fluidischen Netzwerks 200 größer als eine horizontale Ausdehnung beziehungsweise eine Ausdehnung entlang der zweiten Richtung 245 des fluidischen Netzwerks 200. Im betriebsbereiten Zustand der anderen Vorrichtung 500 wirkt wie zuvor eine Kraftkomponente eines Schwerefeldes 255 entlang der ersten Richtung 240.

Unter dem Aspekt einer möglichst kompakten Ausgestaltung und Realisierung der mikrofluidischen Vorrichtung unterscheidet sich die vorteilhafte Ausführungsform, wie sie in den vorangegangenen Figuren dargestellt wurde, daher insbesondere auch durch die räumliche Ausgestaltung der pneumatischen Schnittstelle 205 relativ zum fluidischen Netzwerk 200, wobei in der vorteilhaften Ausführungsform die Richtung einer maximalen Ausdehnung des fluidischen Netzwerks 200 mit der Richtung der maximalen Ausdehnung der pneumatischen Schnittstelle 205 übereinstimmt.

Nach dem Stand der Technik ist die pneumatische Schnittstelle 205 zu dem Analysegerät an einer zentralen Position der anderen mikrofluidischen Vorrichtung 500 implementiert, wobei die davon ausgehenden pneumatischen Mikrokanäle in derselben Orientierung wie die fluidischen Mikrokanäle verlaufen. Eine derartig ausgestaltete, weitestgehend parallele Führung von Fluidik und Pneumatik ist besonders naheliegend, da auf diese Weise entlang der mikrofluidischen Kanäle aktive mikrofluidische Elemente anordenbar sind, welche über die parallel geführten Pneumatikkanäle ansteuerbar sind.

Durch die zentrale Positionierung der pneumatischen Schnittstelle 205 ist eine Ansteuerung von aktiven mikrofluidischen Elementen ermöglicht, welche auf beiden Seiten der pneumatischen Schnittstelle 205 angeordnet sind. Jedoch ist wegen der zentralen Positionierung der pneumatischen Schnittstelle 205 eine Durchführung von fluidischen Mikrokanälen durch die pneumatische Schnittstelle 205 erforderlich, was sich nachteilig auf die Integrationsdichte der pneumatischen Schnittstelle 205 und der davon ausgehenden pneumatischen Kanäle in der anderen mikrofluidischen Vorrichtung 500 auswirkt. Ferner ist durch die parallel orientierte Führung von fluidischen und pneumatischen Mikrokanälen die Anzahl der mikrofluidischen Elemente, welche in dieser Orientierung bei einer kompakten Ausgestaltung der mikrofluidischen Vorrichtung bei einer vertikalen Anordnung der aktiven mikrofluidischen Elemente erzielbar ist, begrenzt, insbesondere durch die Abmessungen der pneumatischen Mikrokanäle und die für ein Verfügen der anderen mikrofluidischen Vorrichtung 500 notwendigen Abstände zwischen diesen.

Fig. 6 zeigt eine schematische Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer anderen mikrofluidischen Vorrichtung 500. Die hier dargestellte andere Vorrichtung 500 entspricht oder ähnelt der in der vorangegangenen Figur 5 beschriebenen anderen Vorrichtung und umfasst ein fluidisches Netzwerk 200 und eine pneumatischen Schnittstelle 205, wobei die fluidischen und pneumatischen Mikrokanäle im Wesentlichen parallel zueinander geführt sind. Im Vergleich zu der in den vorangegangenen Figuren 2, 3 und 4 dargestellten Vorrichtung weist die Vorrichtung 500 bei ähnlichem Funktionsumfang größere räumliche Abmessungen auf.

Fig. 7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 700 zum Betreiben einer mikrofluidischen Vorrichtung. Das Verfahren 700 umfasst einen Schritt 705 des Einbringens eines Probenmaterials und beispielhaft eines Fluids in das fluidische Kanalsystem der Vorrichtung und einen Schritt 710 des Anlegens eines Druckniveaus an die pneumatische Schnittstelle, um die mikrofluidischen Elemente anzusteuern und das Probenmaterial zu prozessieren. Lediglich beispielhaft weist das hier dargestellte Verfahren 700 zudem einen Schritt 715 des Ausrichtens der mikrofluidischen Vorrichtung in einem Schwerefeld der Erde auf, wobei der Schritt 715 des Ausrichtens in diesem Ausführungsbeispiel zwischen den Schritten 705, 710 des Einbringens und des Anlegens durchgeführt wird.

Mit anderen Worten wird in dem hier dargestellten Verfahren 700 im Schritt 705 des Einbringens eine Probe wie beispielsweise eine Probenflüssigkeit oder eine Probennahmevorrichtung mit angebundenem Probenmaterial in die mikrofluidische Vorrichtung eingebracht. Anschließend erfolgt lediglich beispielhaft im Schritt 715 des Ausrichtens ein Ausrichten der mikrofluidischen Vorrichtung zu einem Schwerefeld, sodass eine nicht-verschwindende Kraftkomponente des Schwerefeldes entlang der vertikalen Richtung vorliegt. Lediglich beispielhaft liegt die mikrofluidische Vorrichtung gegenüber der Wirkrichtung eines Schwerefelds geneigt vor, beispielhaft in einem Winkel von 30°. Auf diese Weise ist bei geeigneter Ausrichtung einer Kammer mit einem Reaktions-Bead und der daran angrenzenden mikrofluidischen Kanäle in der Vorrichtung erreichbar, dass Gasblasen, welche sich bei dem Lösen des Beads bilden können, schwerkraftgetrieben durch die auf die Gasblasen aufgrund des Dichteunterschieds zu der umgebenden Flüssigkeit wirkende Auftriebskraft abgeführt werden, wohingegen der Reaktions-Mix nach Lösen des Beads gasblasenfrei weiterverwendet werden kann. Anschließend erfolgt lediglich beispielhaft ein Kontaktieren der pneumatischen Schnittstelle der mikrofluidischen Vorrichtung mit einer Prozessierungseinheit beziehungsweise einem Analysegerät. Optional können auch weitere Schnittstellen hergestellt werden, beispielsweise wenigstens eine thermische Schnittstelle für ein Temperieren von Flüssigkeiten in der Vorrichtung und/oder wenigstens eine optische Schnittstelle für die Detektion eines Fluoreszenzsignals, welches von einer Flüssigkeit in der Vorrichtung ausgehen kann. Durch das Anlegen von einem oder optional mehrerer unterschiedlicher Druckniveaus über die pneumatische Schnittstelle an die Vorrichtung wird eine Probenflüssigkeit in der Vorrichtung durch das Analysegerät prozessiert und optional wird zusätzlich ein Analyseergebnis ausgegeben. Die genannten Abmessungen und Spezifikationen sind beispielhaft. Für die Auslegung und Funktionalität der Vorrichtung sind insbesondere ferner die Eigenschaften der eingesetzten Flüssigkeiten und die Material- und Oberflächeneigenschaften der für die Realisierung der Vorrichtung verwendeten Materialien von Bedeutung.