專利名稱：微流體設(shè)備和用于構(gòu)建微流體設(shè)備的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微流體設(shè)備和用于構(gòu)建微流體設(shè)備的方法，所述微 流體設(shè)備包括位于殼體內(nèi)部的袋，其中袋由柔性材料制成且袋附接到安 裝件上。
背景技術(shù)：
微流體設(shè)備用于微流體系統(tǒng)，其中少量流體通過流動管道泵送，所 述流動管道通常制成小直徑的小管或制成刻在板表面上的通道。通過該 微流體系統(tǒng)，例如可以分析流體中物質(zhì)的濃度。該分析通?；诨瘜W(xué)反 應(yīng)，其中添加試劑給被分析的流體樣品。試劑與樣品流體一起反應(yīng)，從 而獲得可檢測的反應(yīng)產(chǎn)物。由于觀察到的樣品流體和試劑的量非常小， 微流體設(shè)備的污染可以完全改變這種分析的結(jié)果。分析的質(zhì)量也取決于 所需流體的準(zhǔn)確劑量。
US 4796788描述了所謂的"箱中袋"包裝物，所述包裝物用于不容易 在重力情況下流動排出的產(chǎn)品。包括兩個固定分接頭(tap)的可更換袋 固定在纖維箱內(nèi)部。袋由三層塑料薄膜制成，所述塑料薄膜在其球形邊 緣處密封在一起。當(dāng)袋從其扁平制成狀態(tài)膨脹，產(chǎn)生了兩個分開的室 產(chǎn)品室和壓力室。為了將產(chǎn)品分配出已填充的產(chǎn)品室，將壓力引入到壓 力室上，/人而產(chǎn)品凈皮擠出產(chǎn)品室。
EP 0415691B1顯示了另一箱中袋裝置，其中帽設(shè)備密封袋嘴，以維 持袋嘴部分的無菌和衛(wèi)生狀況。袋嘴固定到內(nèi)和外袋，內(nèi)和外袋均安裝 在容器內(nèi)。此外，袋嘴暴露給容器的外部環(huán)境，容器環(huán)繞用于液體存儲 的袋。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于簡化包括位于殼體內(nèi)部的袋的微流體設(shè)備的結(jié) 構(gòu)，并筒化該微流體設(shè)備的安裝。
根據(jù)本發(fā)明，這通過安裝件是殼體的永久固定的部分來實現(xiàn)。 殼體內(nèi)部的袋指定為存儲流體，如液體或氣體。尤其是在微流體設(shè)備用于分析目的時，于是試劑存儲在袋中。由于袋是柔性的，它可以改 變?nèi)莘e。這意味著當(dāng)袋中沒有液體時，那么袋是扁平形的。當(dāng)流體存儲 在袋內(nèi)時，那么它具有比扁平形狀態(tài)更大的容積。袋通過安裝件固定在 殼體內(nèi)。袋至少在袋的一個位置處固定，而它還可以改變其容積。當(dāng)安 裝件是殼體的一部分時，袋不必包括單獨的安裝件。安裝件安放在殼體 的內(nèi)壁處。這意味著由殼體環(huán)繞的袋可以固定到安裝件上，以便袋在殼 體內(nèi)保持在一定位置處。也可以將安裝件一次固定在殼體不同位置處， 例如面對面布置的壁的兩個不同位置處。然而，優(yōu)選為僅使用一個安裝 件。這使得該設(shè)備的構(gòu)建更容易且更便利。同樣，不同尺寸的袋可以附 接到相同的安裝件上。不含有安裝件的袋在被存儲時也具有優(yōu)勢，因為 與含有安裝件的這些袋相比它們需要更少的存儲空間。
在特別優(yōu)選的實施例中，安裝件是分接頭。通過分接頭，可以在殼 體內(nèi)部和外部之間提供連通。這意味著優(yōu)選的安裝件具有至少兩種功 能。它將袋固定在殼體內(nèi)，同時它允許與殼體外的外圍流體系統(tǒng)的流體 連通。分接頭可以從袋內(nèi)部將流體向外部引導(dǎo)，且以相反的方向從外部 向內(nèi)部引導(dǎo)以填充袋。作為殼體內(nèi)部的固定部分的分接頭提供接口 ，所 述接口獨立于殼體內(nèi)部的已安裝的袋。這意味著可以在袋固定之前將外 圍流體系統(tǒng)連接到分接頭。這確保便利而有效的工作狀況。當(dāng)進(jìn)行分析 時，那么可以準(zhǔn)備好每一件事情且可以在最后步驟中安裝袋。因而，微 流體設(shè)備的使用變得更靈活。
有利地，袋由單個柔性材料片制成。用于待生產(chǎn)的袋的單個材料片 減少了生產(chǎn)袋操作的部分。該片也可以由涂層覆蓋。通過涂層，在酸性 或侵蝕性介質(zhì)填充在袋內(nèi)時袋變得更耐久。在正常使用中，僅袋的內(nèi)側(cè) 與這種介質(zhì)接觸。這意味著僅在材料片的一側(cè)上涂層就足夠了。例如， 柔性材料片是聚合物片。
優(yōu)選地，安裝件焊接到片的中心上，且所述片圍繞安裝件折疊。這 簡化了微流體設(shè)備的安裝。片的中心是跨過片從一邊到另 一邊的對角線 彼此相交的位置。這意味著當(dāng)片折疊時，兩個面對面布置的邊線將接觸。 結(jié)果，不需要附加的切削程序來生成袋。
在優(yōu)選實施例中，袋具有焊接的邊。焊接是密封袋邊的合適的程序。 當(dāng)袋的邊線折疊在一起時，可以產(chǎn)生邊。在焊接過程期間，沒有產(chǎn)生可 能污染袋的內(nèi)容物的微粒。當(dāng)需要不同幾何形狀的袋時，可以獨立于袋的形狀使用相同的焊接用具。
有利地，袋和安裝件焊接在一起。當(dāng)袋必須安裝在殼體的安裝件處 時，焊接是確保安裝件和袋之間氣密性的合適方式。焊接也是具有少時 間花費的時間效率高的制造步驟，從而可以容易地適應(yīng)安裝件開口的不 同幾何形狀、袋尺寸等。當(dāng)選擇塑料用于袋的材料時，需要少量的熱影 響，以將袋容易地固定到安裝件。當(dāng)袋也通過焊接制造時，相同的焊接 用具也可以用于將袋和安裝件固定在一起。當(dāng)使用更少的技術(shù)構(gòu)建微流 體設(shè)備時，該制造更有效。
根據(jù)優(yōu)選特征，安裝件和殼體的壁制成整體。這意味著袋和殼體在 安裝之后直接接觸。與殼體成整體的殼體內(nèi)集成安裝件避免了可能在殼 體壁和安裝件之間發(fā)生的泄漏問題。同樣，減少了制造微流體設(shè)備的步 驟。用于固定安裝件、檢查安裝件的正確位置和檢驗安裝件和殼體之間 的密封連接的制造步驟不再需要。
在優(yōu)選實施例中，過濾器位于將袋內(nèi)部與殼體外部連接的流體連接 內(nèi)。過濾器可以安裝在袋的開口內(nèi)、安裝件內(nèi)、殼體的開口的壁之間、
的去除，所述小微?？赡茏枞⒘黧w設(shè)備中的微通道。如果微流體設(shè)備 用于醫(yī)學(xué)目的，過濾器提供無菌流體的額外安全性。
有利地，殼體包括壓力室。這意味著殼體設(shè)計為承受一定壓力每單 位面積，如壓力箱。與大氣壓力相比，壓力可以為過壓或負(fù)壓。殼體內(nèi) 部保持并按壓袋的過壓可以將袋中的介質(zhì)擠出。相反，負(fù)壓將從微流體 設(shè)備外部將介質(zhì)吸入袋內(nèi)。與其它沖齊出和吸入介質(zhì)的方法相比，例如用 影響袋的在袋周圍的機(jī)械方式，壓力室是便利的方案，可以通過改變壓 力值以簡單的方式控制。
在本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展中，袋包括多個儲存器。實踐中，需要不同 類型的試劑來分析樣品。將這些試劑存儲在單獨的儲存器中是便利的， 但使用公共殼體內(nèi)的同一袋實現(xiàn)。在僅一個殼體中，可得到優(yōu)選為用于 同一分析的幾種試劑。不同的儲存器，這意味著袋的不同室，可以通過 使用 一個制成的袋產(chǎn)生。儲存器例如通過將袋的兩個面對面的側(cè)壁焊接 在一起而彼此隔開，其中焊接線距袋的邊一定距離。用一個焊接線生成 兩個儲存器。
有利地，儲存器各固定到殼體的一個安裝件。為了避免儲存器之間的互相影響，對每個儲存器指定一個單獨的安裝件。當(dāng)殼體是透明的時， 可以看到每個儲存器中不同類型試劑的量。因而，不需要附加的用于檢 測袋的填充量的設(shè)備，且每種試劑可以流入和流出儲存器而不影響其它 試劑。
根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明的目的還通過構(gòu)建微流體設(shè)備的方法實現(xiàn)，其 中，首先將安裝件固定在殼體內(nèi)部，然后將袋附接到固定的安裝件。
當(dāng)袋附接到安裝件時，殼體和安裝件已經(jīng)是一個單元。在將袋固定 到殼體內(nèi)的安裝件之前，袋可以完全制成。由于袋的材料是柔性的，袋 可以附接到任何類型的安裝件。僅需要一個制造步驟來將袋插入殼體， 即通過將袋固定到安裝件。這在安裝件構(gòu)造為分接頭時尤其有利。在此 情況下，在殼體外部的分接頭上的塞緊的設(shè)備不需要進(jìn)一步的裝配。每 件事都可以事先準(zhǔn)備好。當(dāng)微流體設(shè)備用于具有不同類型袋和不同袋尺 寸的不同類型分析時，這尤其有利。
特別優(yōu)選地，袋由單個柔性材料片制成，其中片折疊，且折疊片后 彼此接觸的片的邊界線彼此接合。由于制成的袋應(yīng)當(dāng)包括限定的容積， 在僅使用一片材料時可以實現(xiàn)較少的不規(guī)則性。在折疊之前，片的邊界 線可以通過切割機(jī)或激光器非常精確地切割。當(dāng)片為矩形形狀時，具有 四個邊線。當(dāng)片折疊時，面對面的邊線彼此連接，留下可以焊接制成袋 的三個邊線。
在優(yōu)選實施例中，該方法包括通過焊接將袋固定在安裝件上的步 驟。焊接是將袋固定到安裝件的有效方式。當(dāng)使用真空模塑或吹氣成型 過程時，除了將袋固定到安裝件之外，該過程形成了袋的形狀。
有利地，袋由吹氣成型或真空模塑制成。這是生成袋的有效方式。


為了更好地理解本發(fā)明并顯示本發(fā)明如何實現(xiàn)，附示了優(yōu)選的
實施例。在附圖中
圖1顯示了微流體設(shè)備的第 一 實施例的截面圖， 圖2顯示了微流體設(shè)備的第二實施例的截面圖， 圖3.1、 3.2和3.3顯示了袋如何從單個柔性材料片制成， 圖4顯示了焊接到殼體上的箱形袋，
圖5顯示了具有已安裝的過濾器的流體連接件的截面圖，和圖6顯示了微流體設(shè)備的第三實施例的截面圖，該微流體設(shè)備的袋 包括多個儲存器。
具體實施例方式
在圖l中，顯示了微流體設(shè)備l的第一實施例。微流體設(shè)備l包括殼
體2,在此殼體2由固態(tài)材料制成，例如塑料或玻璃。在殼體2內(nèi)部安裝 有袋3。袋3由柔性材料制成，例如塑料薄片。袋3固定到安裝件4，安裝 件4是殼體2的部分。安裝件4是殼體2的單獨部分且在袋3附接到安裝件4 之前附接到殼體2。在構(gòu)建該微流體設(shè)備l的過程中，袋3可以焊接到殼 體2。在焊接期間由于熱影響，在安裝件4的接觸區(qū)域中袋3將熔化，因 而袋3將固定在安裝件4處。袋3和殼體2彼此直接接觸。
安裝件4在此構(gòu)造為分接頭。這意味著諸如液體或氣體的流體5可以 流動通過安裝件4處的第 一開口 6。安裝件4的該開口 6與袋3中的第二開 口7對應(yīng)，二者均與殼體2中的第三開口8對應(yīng)。結(jié)果，來自殼體2外部的 流體可以向殼體2內(nèi)部流入袋3中。其它方式也是可行的，即袋內(nèi)部的流 體可以通過開口6、 7、 8向殼體2外部流動且流出微流體設(shè)備1。流體5的 流動方向取決于殼體2內(nèi)部和外部的壓力狀況。
微流體設(shè)備l用于化學(xué)分析，尤其用于分析流體中物質(zhì)的濃度。從 而一定量作為試劑的流體5與待分析的另一流體反應(yīng)。因而，微流體設(shè) 備l連接到管道系統(tǒng)，在圖1中顯示了一個連接管道9。管道系統(tǒng)可以在 管道內(nèi)具有一定的壓力水平。借助于該壓力，可以將流體移動通過管道 系統(tǒng)。袋3內(nèi)部的流體5是否離開袋3取決于壓力室10內(nèi)部的壓力相對于 殼體2外部管道系統(tǒng)中存在的壓力。壓力室10由殼體2環(huán)繞，殼體2包括 用于壓力介質(zhì)13的進(jìn)口11和出口12。壓力介質(zhì)13為例如液體或氣體，例 如其中氣體壓力值至少可以通過壓力室10的進(jìn)口 ll和出口 12處的控制 裝置控制。如果壓力室內(nèi)部的壓力高于管道9內(nèi)部的壓力，由于袋3的柔 性材料由周圍的壓力介質(zhì)13壓縮，于是流體5將離開袋3。此外，在流體 5具有高粘度的情況下，它將流入袋3外部的管道系統(tǒng)。取決于壓力室IO 內(nèi)部的受控壓力，流體5可以以受控的方式擠出?？梢詫崿F(xiàn)恒定的流率。 因而，樣i流體^L備l可以同時用作液體存^諸和液體泵。
在優(yōu)選實施例中，分4妻頭具有一個開口。分接頭也可以包括兩個或 更多的開口，例如在不同的方向上。當(dāng)分接頭的至少一個開口布置在重力軸線的方向時，如圖1所示，那么需要較少的能量來填充袋3。當(dāng)袋3
裝滿時，那么沒有流體5將自動流出。當(dāng)在袋3外部需要流體5時，由于 流體5的流出量取決于環(huán)繞袋3的力，于是可以獲得精確的劑量。該力可 以非常精確地控制且因而獲得受控的流出量。由于安裝件4完全安裝在 殼體2內(nèi)部，最小化壓力室10的泄漏可能性。
圖2圖示了本發(fā)明的第二實施例，其中相同的元件由與圖l所示相同 的附圖標(biāo)記表示。在該優(yōu)選實施例中，安裝件4不是固定在殼體2處的單 獨的部分，而是殼體2和安裝件4是整體。優(yōu)選地，安裝件4是殼體2的集 成部分。這顯示了圖2是優(yōu)選實施例的一個可行的示例。在此，安裝件4 和袋3焊接在一起。在此，袋3的開口7比圖1更寬。與圖l相比，安裝件4 和袋3的接觸區(qū)域以不同的方式選擇。在圖l中，接觸區(qū)域定向為水平方 向，而在圖2中接觸區(qū)域定向為垂直方向。在圖2中，殼體2的一個壁14 是可移動的。當(dāng)壁14向袋3移動時，袋3內(nèi)部的流體5可以擠出。壁14枳j 械地減少袋3的容積。應(yīng)當(dāng)理解的是，圖1和2所示的特征可以彼此組合。
圖3.1、 3.2和3.3示意性地圖示了袋3如何從單個柔性材料片15制成。 圖3.1中，片15具有矩形形狀，帶有四個邊界線16、 17、 18、 19。在片15 的中心處生成袋3的開口7，例如通過切割或激光切割。在處理該預(yù)制片 15的第一步驟中，片15如圖3.2所示折疊。邊線17與面對面的邊的邊線19 接觸，且邊線16和18分別折疊到自身上。生成了新的線20,線20不是邊 線，而是包括開口7的折疊線。在進(jìn)一步的制造步驟中，邊線16、 17/19 和18焊接形成袋3。在圖3.3中，在橫截面圖中顯示了三個焊接邊21、 22 和23以及開口7。
圖4圖示了進(jìn)一步的實施例，其中箱形袋3直接焊接到殼體2上。在 此情況下，安裝件4和殼體2的壁制成為整體，從而安裝件4與殼體2的壁 相同，而不制成為如圖2的臺階形輪廓。為了制造袋3，使用柔性材料片 15，例如彈性體。片15沿片15的邊24焊接到殼體2上。隨后，片15例如 通過真空模塑或吹氣成型過程成形，在此為箱形，這給出了袋3的輪廓。 通過使用真空模塑過程也可以實現(xiàn)任何其它的形狀。然而，箱形具有這 樣的優(yōu)勢壓力室10內(nèi)部的空間可以最優(yōu)地使用。袋3的開口7與殼體2 的開口 6對應(yīng)，且一起生成了從袋3內(nèi)部到殼體2外部的流體連接件25。
圖5顯示了微流體設(shè)備1的進(jìn)一 步特征。過濾器26位于流體連接件25 內(nèi)部。進(jìn)入或離開袋3的流體5將通過該過濾器26。流體連接件25具有擴(kuò)展的內(nèi)徑，與流體連接件25朝袋3和朝殼體2外部的開口相比，這增加了 過濾器面積。在小微粒由過濾器截留時，這具有優(yōu)勢。因而，過濾器的 面積對進(jìn)一步的流體5的通過來說足夠?qū)?。在圖5中，過濾器26通過與袋 3接觸的部分的兩部分產(chǎn)品插入到微流體設(shè)備1中。第一部分27是例如安 裝件4,而第二部分28是例如殼體2的壁。過濾器26通過夾緊固定在該兩 部分27、 28之間。
在圖6中，給出了微流體設(shè)備l的進(jìn)一步實施例。袋3由單個柔性材 料片15制成，在此為聚乙烯，且包括四個儲存器29、 30、 31、 32。儲存 器29和30、 30和31 、 3 l和32分別通過焊接線33彼此隔開。每個J渚存器29-32 固定到單獨的安裝件4，安裝件4是殼體2的一部分。每個安裝件4構(gòu)造為 分接頭，它經(jīng)由袋3的四個開口 7和流體連接件25將儲存器29-32的內(nèi)部區(qū) 域連接到管道系統(tǒng)。在此，顯示了四個單獨的安裝件4。也可以制造包 括多個安裝件4的單件，所述單件在一個加工步驟中固定到殼體2。具有 多個儲存器29-32的袋3也可以以一個加工步驟固定到安裝件4。由于儲存 器29-32由單件材料制成，這可以毫無疑問地實現(xiàn)，從而含有用于分接頭 的開口7的袋3側(cè)以限定距離彼此準(zhǔn)確地成一線。在一個步驟中，開口7 之間的所有的線20可以固定到幾個安裝件4。
顯而易見的是，前述和顯示的其它特4i可以與圖6所示的實施例組 合，例如，環(huán)繞袋3的壓力室10與儲存器29-32組合。當(dāng)該壓力室10用于 同時從幾個儲存器29-32擠出流體5時，每個儲存器29-32也擠出相同量的 流體。這使得精確配量便利。當(dāng)不希望某儲存器擠出時，那么該儲存器 或多個存儲器可以例如通過殼體2外部的管道系統(tǒng)處的控制裝置阻塞。
所述的微流體設(shè)備l優(yōu)選為"一次性系統(tǒng)"。這意味著在例如一個部 分污染或失效時，通常更換整個微流體設(shè)備l。由于微流體設(shè)備l的簡化 結(jié)構(gòu)，也可以僅更換微流體設(shè)備l的單個部分，如袋3、流體5和/或殼體2。
應(yīng)當(dāng)理解的是，圖1到6所述和所示的所有特4正是優(yōu)選實施例，它 們可以以多種方式組合生成進(jìn)一步的實施例，本發(fā)明覆蓋這種進(jìn)一步的 實施例。
權(quán)利要求
1.一種微流體設(shè)備(1)，所述微流體設(shè)備(1)包括位于殼體(2)內(nèi)部的袋(3)，其中所述袋(3)由柔性材料制成且所述袋(3)附接到安裝件(4)，其特征在于，所述安裝件(4)是殼體(2)的永久固定部分。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的微流體設(shè)備，其特征在于，所述安裝件(4) 是分接頭。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微流體設(shè)備，其特征在于，所述袋(3) 由單個柔性材料片(15)制成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的微流體設(shè)備，其特征在于，所述安裝件(4) 焊接到所述片(15)的中心，且所述片(15)圍繞所述安裝件(4)折疊。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1到4任何一項所述的微流體設(shè)備，其特征在于， 所述袋(3)具有焊接的邊(21-24)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1到5任何一項所述的微流體設(shè)備，其特征在于， 所述袋(3)和所述安裝件(4)焊接在一起。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1到6任何一項所述的微流體設(shè)備，其特征在于， 所述安裝件(4)和所述殼體(2)的壁制成為整體。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1到7任何一項所述的微流體設(shè)備，其特征在于， 過濾器(26 )位于流體連接件(25 )內(nèi)部，流體連接件(25 )將袋(3 ) 的內(nèi)部與殼體(2)的外部相連。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1到8任何一項所述的微流體設(shè)備，其特征在于， 所述殼體(2)構(gòu)成壓力室(10)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1到9任何一項所述的微流體設(shè)備，其特征在于， 所述袋(3)包括多個儲存器(29-32 )。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的微流體設(shè)備，其特征在于，所述儲存器 (29-32 )各固定到殼體(2)的一個安裝件(4)上。
12. —種構(gòu)建微流體設(shè)備(1 )的方法，所述微流體設(shè)備(1 )包括 位于殼體(2)內(nèi)部的袋(3),其中所述袋(3)和殼體(2)通過安裝 件(4)彼此固定，其特征在于，首先，將所述安裝件(4)固定在所述 殼體(2)內(nèi)部，然后將所述袋(3)附接到已固定的安裝件(4)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述袋(3)由單個柔性材料片(15)制成，其中將所述片(15)折疊且將在折疊片(15) 之后片(15)的彼此接觸的邊界線(16、 17、 18、 19)彼此接合。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述方法包括 通過焊接將袋(3)固定在安裝件(4)上的步驟。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12到14任何一項所述的方法，其特征在于，所 述袋(3)通過吹氣成型或真空模塑制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微流體設(shè)備(1)和用于構(gòu)建微流體設(shè)備(1)的方法，所述微流體設(shè)備(1)包括位于殼體(2)內(nèi)部的袋(3)，其中袋(3)由柔性材料制成且袋(3)附接到安裝件(4)上。本發(fā)明的目的在于簡化包括位于殼體內(nèi)部的袋的微流體設(shè)備的結(jié)構(gòu)，并簡化該微流體設(shè)備的安裝。這通過安裝件(4)是殼體(2)的永久固定的部分來實現(xiàn)。也通過構(gòu)建微流體設(shè)備的方法實現(xiàn)，其中，首先，將所述安裝件固定在所述殼體內(nèi)部，然后將所述袋附接到已固定的安裝件。
文檔編號F04B19/00GK101309754SQ200580052081
公開日2008年11月19日 申請日期2005年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月18日
發(fā)明者H·迪拉克 申請人:丹福斯有限公司