DE10015151A1

DE10015151A1 - Micro-fluidic element production, especially for dosing of patients medicinal products, requires formation of substrate structure with hermetically sealed channel formed in it

Info

Publication number: DE10015151A1
Application number: DE10015151A
Authority: DE
Inventors: Martin Richter; Peter Woias; Manfred Aigner
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; LRE Technologies Partner GmbH
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; LRE Technologies Partner GmbH
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2000-03-27
Publication date: 2001-10-18
Anticipated expiration: 2020-03-28
Also published as: DE10015151C2

Abstract

Production of a micro-fluidic component, particularly for use in the medical field involving dosing of medicines to patients, ensures that the components used in dosing devices remove the danger of overdose. A substrate structure (10) is formed with a hermetically sealed channel provided in it (10) the substrate structure is broken at two rupture points (18) so that an input opening and an output opening of the channel (16) which are connected by the channel, are formed. The rupture points are specifically formed by sawing and/or etching notches into the substrate structure (10).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Fertigen eines mikrofluidischen Bauelements, und insbesonde re eines solchen mikrofluidischen Bauelements, das eine Ein gangsöffnung und eine Ausgangsöffnung aufweist, die über ei nen Nutzfluidweg verbunden sind. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Fertigen eines solchen mikrofluidischen Bauelements, das ohne weiteres mit tels herkömmlicher Fluidverbindersysteme in ein Fluidsystem schaltbar ist. Das erfindungsgemäße mikrofluidische Bauele ment eignet sich zur Handhabung von Fluidmedien, d. h. Flüs sigkeiten und/oder Gasen.The present invention relates to a method for Manufacture of a microfluidic component, and in particular re of such a microfluidic device that an has passage opening and an exit opening, which via egg NEN fluid path are connected. Furthermore, the present invention to a method of manufacturing a such microfluidic device that easily with means of conventional fluid connector systems in a fluid system is switchable. The microfluidic component according to the invention ment is suitable for handling fluid media, i. H. Rivers liquids and / or gases.

Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zum Herstellen von mikrotechnisch strukturierten Funktionseinheiten bekannt, die eine Eingangsöffnung und eine Ausgangsöffnung aufweisen, die durch einen Nutzfluidweg verbunden sind. Durch den Nutz fluidweg können beispielsweise Mikroflußrestriktionen, Trop fendispenser, Mikropumpen, Strömungssensoren, Mikroventile oder Mikroreaktoren definiert sein. Der Anschluß solcher mikrotechnisch strukturierter Funktionseinheiten an Fluid systeme wird gemäß dem Stand der Technik durch jeweils spe zifisch gefertigte bzw. angepaßte Verbindungsstücke er reicht, die üblicherweise an die Funktionseinheit geklebt werden. Andererseits können aufwendige Gehäusestrukturen mit entsprechenden Dichtmitteln verwendet werden, um einen ent sprechenden Eingangsanschluß und Ausgangsanschluß für die einen Einlaß und einen Auslaß aufweisende mikrotechnisch strukturierte Funktionseinheit zu schaffen.Methods for producing are known from the prior art known microtechnically structured functional units, which have an inlet opening and an outlet opening, which are connected by a useful fluid path. Through the utility Fluid flow can, for example, microflow restrictions, Trop fendispenser, micropumps, flow sensors, micro valves or microreactors can be defined. The connection of such Microtechnically structured functional units on fluid systems is according to the state of the art by spe manufactured or adapted connectors enough, which is usually glued to the functional unit become. On the other hand, complex housing structures can be used Appropriate sealants can be used to create an ent speaking input connection and output connection for the microtechnologically having an inlet and an outlet to create a structured functional unit.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Fertigen eines mikrofluidischen Bauelements zu schaffen, das die Gefahr einer Beeinträchtigung der Funk tionsweise des mikrofluidischen Bauelements durch eine Kon tamination während der Herstellung desselben reduziert.The object of the present invention is a Method for manufacturing a microfluidic component create the risk of interference with the radio tion of the microfluidic device by a Kon tamination during the manufacture of the same is reduced.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Fertigen eines mikrofluidischen Bauelements nach Anspruch 1 gelöst.This task is accomplished through a method of manufacturing a microfluidic device according to claim 1 solved.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht da rin, ein mikrofluidisches Bauelement zur Verwendung in Do sierungseinrichtungen zu schaffen, bei dem die Gefahr einer Überdosierung beseitigt ist.Another object of the present invention is there rin, a microfluidic device for use in thu to create facilities where there is a risk of Overdose is eliminated.

Diese Aufgabe wird durch ein mikrofluidisches Bauelement nach Anspruch 11 gelöst.This task is accomplished through a microfluidic device solved according to claim 11.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Fertigen eines mikrofluidischen Bauelements, bei dem zunächst eine Substratstruktur mit einem in derselben gebildeten, herme tisch abgeschlossenen Kanal erzeugt wird. Im Anschluß wird die Substratstruktur an zwei Sollbruchstellen derselben ge brochen, so daß eine Eingangsöffnung und eine Ausgangsöff nung des Kanals, die durch den Kanal verbunden sind, gebil det werden.The present invention provides a method of manufacturing a microfluidic device, in which initially a Substrate structure with a herme formed in it table closed channel is generated. Following is the substrate structure ge at two predetermined breaking points broken, so that an entrance opening and an exit opening channel connected by the channel be det.

Unter dem Begriff "Kanal" im Sinne dieser Anmeldung sei jede beliebige Fluidverbindung zwischen der Eingangsöffnung und der Ausgangsöffnung des mikrofluidischen Bauelements zu verstehen, wobei eine derartige Fluidverbindung auch beliebige Funktionseinheiten von komplexeren Fluidsystemen mit umfassen kann. Derartige komplexere Fluidsysteme können auch durch mehrschichtige Waferstrukturen gebildet sein, deren Eingangsöffnung und Ausgangsöffnung in verschiedenen Waferebenen liegen.Everyone under the term "channel" in the sense of this application any fluid connection between the inlet opening and the exit opening of the microfluidic component understand, such a fluid connection also any functional units of more complex fluid systems can include with. Such more complex fluid systems can also be formed by multilayer wafer structures, their entrance opening and exit opening in different Wafer levels lie.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Er findung besteht die Substratstruktur aus einer Pyrexglas scheibe und einer Siliziumscheibe, die an Hauptoberflächen derselben verbunden sind. Vorzugsweise ist die Hauptoberflä che der Siliziumscheibe, die mit der Pyrexglasscheibe ver bunden ist, derart strukturiert, daß der hermetisch abge schlossene Kanal zwischen der Siliziumscheibe und der Pyrex glasscheibe gebildet ist.In preferred embodiments of the present Er According to the invention, the substrate structure consists of a pyrex glass washer and a silicon wafer on main surfaces the same are connected. Preferably the main surface surface of the silicon wafer that ver with the Pyrex glass is bound, structured such that the hermetically sealed closed channel between the silicon wafer and the Pyrex glass pane is formed.

Die Sollbruchstellen der Substratstruktur werden bei bevor zugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung durch ein Sägen und/oder Ätzen von Kerben in die Substrat struktur erzeugt. Vorzugsweise werden zur Erzeugung der Sollbruchstellen Sägegräben in der Pyrexglasscheibe erzeugt, während in der Siliziumscheibe keine Kerben gebildet werden. Alternativ können Sägegräben oder geätzte Kerben zur Erzeu gung der Sollbruchstelle in der Siliziumscheibe, die den in der Pyrexglasscheibe erzeugten Sägegräben gegenüberliegen, gebildet werden.The predetermined breaking points of the substrate structure are before preferred embodiments of the present invention by sawing and / or etching notches in the substrate structure created. Preferably to generate the Predetermined breaking points saw trenches created in the Pyrex glass pane, while no notches are formed in the silicon wafer. Alternatively, trenches or etched notches can be created the predetermined breaking point in the silicon wafer, which the in the trenches produced opposite the pyrex glass pane, be formed.

Gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen umfaßt das erfin dungsgemäße Verfahren ferner den Schritt des Vereinzelns ei ner Waferstruktur zum Erzeugen einer Mehrzahl von länglichen Substratstrukturen. Das Ansägen der Pyrexglasscheibe bzw. das Ansägen oder Anätzen der Siliziumscheibe zum Erzeugen der Sollbruchstellen erfolgt quer zur Längsrichtung der länglichen Substratstrukturen vorzugsweise vor dem Verein zeln derselben. Somit können gleichzeitig Sollbruchstellen für eine Vielzahl von Substratstrukturen in einem Wafer ge bildet werden.According to preferred embodiments, this includes inventions The method according to the invention further includes the step of separating A wafer structure for producing a plurality of elongated Substrate structures. Sawing the Pyrex glass pane or sawing or etching the silicon wafer to produce it the predetermined breaking points take place transversely to the longitudinal direction of the elongated substrate structures preferably in front of the club individual cases. Thus, predetermined breaking points can be made at the same time for a variety of substrate structures in a wafer be formed.

Da gemäß der vorliegenden Erfindung der den Nutzfluidweg bildende Kanal der Funktionseinheit eines mikrofluidischen Bauelements nicht durch ein Sägen der Substratstruktur bzw. des Wafers geöffnet wird, kann eine Kontamination des Nutz fluidkanals, und der optional in demselben angeordneten Kom ponenten, durch Sägewasser oder Sägestaub wirksam verhindert werden. Eine solche Kontamination kann erfindungsgemäß ver hindert werden, da die Öffnung der Kanäle durch ein Brechen der Substratstruktur bewirkt wird, wobei zum Brechen kein Sägewasser notwendig ist und ferner kein Sägestaub erzeugt wird. Dies ermöglicht es, die Eingangsöffnung und die Aus gangsöffnung der Funktionseinheit eines mikrofluidischen Bauelements in den Stirnflächen einer Substratstruktur vor zusehen, so daß keine aufwendigen Anschlußkonstruktionen für die Unterseite bzw. Oberseite der Substratstruktur notwendig sind.According to the present invention, since the useful fluid path forming channel of the functional unit of a microfluidic Component by sawing the substrate structure or of the wafer is opened, contamination of the useful fluid channel, and the optionally arranged in the same Kom components, effectively prevented by saw water or saw dust become. Such contamination can ver be prevented since the opening of the channels by breaking of the substrate structure is effected, with no breaking Saw water is necessary and no saw dust is generated becomes. This allows the entrance opening and the exit passage opening of the functional unit of a microfluidic Component in the end faces of a substrate structure watch, so that no complex connection structures for the bottom or top of the substrate structure is necessary are.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt bei bevorzugten Aus führungsbeispielen desselben ferner den Schritt des Erzeu gens einer mit der Substratstruktur verbundenen Verbinder anordnung, die einen Eingangsanschluß und einen Ausgangsan schluß aufweist, wobei der Eingangsanschluß nach Fertigstel lung des mikrofluidischen Bauelements mit der Eingangsöff nung der Substratstruktur, die auch als Funktionseinheit oder Fluidikchip bezeichnet werden kann, verbunden ist, wäh rend der Ausgangsanschluß mit der Ausgangsöffnung der Funk tionseinheit verbunden ist. Vorzugsweise wird der Schritt des Erzeugens der Verbinderanordnung vor dem Brechen der Substratstruktur durchgeführt, so daß eine Kontamination des hermetisch abgeschlossenen Kanals sowie optional darin vor liegender Fluidhandhabungskomponenten während der Erzeugung der Verbinderanordnung ausgeschlossen ist. Nach dem Erzeugen der Verbinderanordnung wird der Kanal dann wiederum durch Brechen beidseitig geöffnet, so daß während des Öffnens wie derum eine Kontamination durch Sägewasser oder Sägestaub verhindert ist.The method according to the invention comprises in preferred Aus examples of the same also the step of generating gens a connector connected to the substrate structure arrangement comprising an input port and an output port has circuit, the input connection after completion development of the microfluidic component with the input opening of the substrate structure, which also functions as a functional unit or Fluidikchip can be connected, wäh rend the output connection with the output opening of the radio tion unit is connected. Preferably the step creating the connector assembly before breaking the Substrate structure carried out so that contamination of the hermetically sealed channel and optionally in it lying fluid handling components during production the connector arrangement is excluded. After generating the connector assembly then turns the channel through Break open on both sides so that during opening like therefore contamination from saw water or saw dust is prevented.

Vorzugsweise wird die Verbinderanordnung mittels eines Spritzgußverfahrens erzeugt, wobei ein sogenannter "Insert- Spritzguß" durchgeführt, bei dem die vorzugsweise noch unge brochene Substratstruktur in eine entsprechende Gußform ein gebracht und von dem Material, das die Verbinderstruktur bilden soll, umgossen wird.Preferably, the connector arrangement is by means of a Injection molding process generated, a so-called "insert Injection molding "carried out, in which the preferably still broken substrate structure into a corresponding mold brought and from the material that the connector structure should form, is cast.

Beim Erzeugen der Verbinderanordnung werden die Substrat strukturen und die Verbinderanordnung abdichtend miteinander verbunden, so daß nach dem Brechen der Substratstruktur der Eingangsanschluß nur über dem Fluidnutzkanal mit dem Aus gangsanschluß fluidmäßig verbunden ist. Vorzugsweise wird in der Verbinderanordnung eine Leckschutzöffnung erzeugt, die verhindert, daß ein Fluid unter Umgehung des Fluidnutzwegs von dem Eingangsanschluß zu dem Ausgangsanschluß gelangt, wenn die abdichtende Verbindung zwischen Verbinderanordnung und Substratstruktur undicht ist. Durch das Vorsehen einer solchen Leckschutzöffnung kann bei Verwendung des mikroflui dischen Bauelements in einer Dosiervorrichtung eine Überdo sierung verhindert werden, die insbesondere auf dem Gebiet der Medikamentendosierung schwerwiegende Folgen haben kann. Durch das Vorsehen einer Leckschutzöffnung kann hier eine erhebliche Gefährdung eines Patienten durch eine Überdosie rung aufgrund einer undichten Verbindung zwischen Substrat struktur und Verbinderanordnung beseitigt werden.When creating the connector assembly, the substrate structures and the connector assembly sealing together connected so that after breaking the substrate structure the Input connection only over the fluid use channel with the off gear connection is fluidly connected. Preferably in the connector assembly creates a leak protection opening that prevents fluid from bypassing the fluid path from the input port to the output port, if the sealing connection between connector assembly and the substrate structure is leaking. By providing one Such leakage protection opening can be used when using the microflui Dischen component in a dosing device an overdo Prevention, especially in the field drug dosage can have serious consequences. By providing a leak protection opening, one can significant danger to a patient from an overdose tion due to a leaky connection between the substrate structure and connector arrangement are eliminated.

Die vorliegende Erfindung schafft somit Verfahren zum Ferti gen von mikrofluidischen Bauelementen, die vorzugsweise mik rotechnisch strukturierte Funktionseinheiten aufweisen, die die Verwendung einer preiswerten massenfertigungstauglichen Fluidverbindertechnik ermöglichen. Ferner kann durch eine entsprechende Konzipierung der Fluidverbinderanordnung ohne weiteres eine Überdosierung durch Querlecks konstruktiv aus geschlossen werden.The present invention thus provides methods for manufacturing gene of microfluidic components, which are preferably mic have rototechnically structured functional units that the use of an inexpensive mass-produced Enable fluid connector technology. Furthermore, by a appropriate design of the fluid connector assembly without constructively overdosing due to transverse leaks getting closed.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Herstellung sämtli cher mikrofluidischer Bauelemente geeignet, die eine Ein gangsöffnung und eine Ausgangsöffnung aufweisen, die durch einen Nutzfluidweg oder Nutzfluidkanal verbunden sind. Bei spiele für derartige mikrofluidische Bauelemente sind Mikro flußrestriktionen, Tropfendispenser, Mikropumpen, Strömungs sensoren, Mikroventile und Mikroreaktoren. Ferner können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Fertigen mikrofluidi scher Bauelemente platzsparende und totvolumenarme Verbin deranordnungen erzeugt werden, die in der Form herkömmlicher Standardverbinder ausgebildet sind, beispielsweise LUER-Verbinder, Swadgelock-Verbinder oder LEE-Verbinder.The process according to the invention is for the production of all cher microfluidic devices suitable that an have passage opening and an exit opening through a useful fluid path or useful fluid channel are connected. At Games for such microfluidic components are micro flow restrictions, drop dispensers, micropumps, flow sensors, microvalves and microreactors. Furthermore, at the inventive method for manufacturing microfluidic shear components space-saving and low dead volume connection the arrays are produced in the form of conventional Standard connectors are formed, for example LUER connectors, Swadgelock connector or LEE connector.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit die Schaffung ei ner standardisierten fluidischen Verbindung von mikrofluidi schen Funktionseinheiten, die aus mikrotechnisch struktu rierten Elementen bestehen, mit anderen Fluidhandhabungskom ponenten, wie z. B. Schläuchen oder dergleichen. Die Verwen dung der Spritzgußtechnik zur Erzeugung der Verbinderanord nung ermöglicht ein preiswertes Verfahren, das ferner ohne weiteres kompatibel zum LUER-Standard implementierbar ist. Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine Quer leckfreiheit, eine Dichtigkeit bis zu 3 bar, sowie ein ge ringes Totvolumen am Auslaßende des mikrofluidischen Bauele ments.The present invention thus enables the creation of an egg a standardized fluidic connection of microfluidi Functional units that consist of microtechnical structure elements exist, with other fluid handling com components such as B. hoses or the like. The use the injection molding technology to produce the connector assembly tion enables an inexpensive process, which also without is compatible with the LUER standard. Furthermore, the method according to the invention enables a cross Leak-free, a tightness up to 3 bar, and a ge ring dead volume at the outlet end of the microfluidic component mentions.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich nungen näher erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the present invention are referred to below with reference to the attached drawing nations explained in more detail. Show it:

Fig. 1A und 1B schematische Querschnittdarstellungen zur Er läuterung der Grundsätze des erfindungsgemäßen Ver fahrens; FIGS. 1A and 1B are schematic cross-sectional views for explanation of the principles of he present invention Ver proceedings;

Fig. 2A bis 2C schematische Querschnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von Vergrößerungen des Ab schnitts I in Fig. 1A; Figs. 2A to 2C are schematic cross-sectional views of embodiments of magnifications of the ex-section I in Fig. 1A;

Fig. 3A bis 3D schematische Querschnittdarstellungen zur Er läuterung eines Ausführungsbeispiels des erfindungs gemäßen Verfahrens; Figs. 3A to 3D are schematic cross sectional views He purification of an embodiment of the method according invention;

Fig. 4 und 5 schematische Darstellungen zur Erläuterung weiterer Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens; und FIGS. 4 and 5 are schematic representations of further illustrating embodiments of the method according to the invention; and

Fig. 6 eine schematische Querschnittdarstellung eines Aus führungsbeispiels eines erfindungsgemäßen mikrofluidischen Bauelements. Fig. 6 is a schematic cross-sectional view of an exemplary embodiment of a microfluidic device according to the invention.

Bezugnehmend auf die Fig. 1A und 1B werden nachfolgend zunächst die dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Fertigen eines mikrofluidischen Bauelements zugrundeliegenden Grund sätze erläutert. Wie oben ausgeführt wurde, liegt der vor liegenden Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß eine Konta mination des Fluidnutzweges in der mikrotechnisch struktu rierten Funktionseinheit eines mikrofluidischen Bauelements verhindert werden kann, wenn der Kanal nicht durch das Sägen der Substratstruktur bzw. des Wafers, in dem der Kanal ge bildet ist, geöffnet wird, sondern wenn dieses Öffnen des Kanals an einem Einlaß und einem Auslaß mittels eines Bre chens erfolgt.Referring to FIGS. 1A and 1B are hereinafter explained first underlying the inventive method for fabricating a microfluidic component principles. As stated above, the present invention is based on the knowledge that contamination of the fluid path in the microtechnically structured functional unit of a microfluidic component can be prevented if the channel is not cut by sawing the substrate structure or the wafer in which the Channel is formed GE is opened, but if this opening of the channel takes place at an inlet and an outlet by means of a Bre chens.

In Fig. 1A ist eine Substratstruktur, die allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist, dargestellt, die bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel aus einer Siliziumscheibe 12 und einer Pyrexglasscheibe 14 besteht. Es ist jedoch klar, daß statt der Siliziumscheibe und der Pyrexglasscheibe auch andere Materialien, beispielsweise Keramiken, Metalle und Kunststoffe, zum Einsatz kommen können. Die Siliziumscheibe 12 und die Pyrexglasscheibe 14 sind an einer Hauptoberfläche derselben miteinander derart verbunden, daß durch eine in der Hauptoberfläche der Siliziumscheibe 12, die mit der Py rexglasscheibe 14 verbunden ist, gebildete Ausnehmung ein hermetisch abgeschlossener Kanal 16 erzeugt ist. Zum Her stellen einer solchen Substratstruktur 10 können herkömmli che Verfahren zur Strukturierung der Siliziumscheibe 12, beispielsweise photolithographische Verfahren, und zum Ver binden der Siliziumscheibe 12 mit der Pyrexglasscheibe 14, beispielsweise ein anodisches Bonden, verwendet werden. Al ternativ können zwei Siliziumscheiben beispielsweise durch ein sogenanntes "Silicon-Fusion-Bonden" verbunden werden. Ferner können in beiden Substraten Ausnehmungen zum Bilden des Kanals vorgesehen sein. FIG. 1A shows a substrate structure, which is designated generally by reference number 10 , which in the preferred exemplary embodiment consists of a silicon wafer 12 and a pyrex glass wafer 14 . However, it is clear that other materials, for example ceramics, metals and plastics, can also be used instead of the silicon wafer and the pyrex glass wafer. The silicon wafer 12 and the pyrex glass wafer 14 are connected to one another on a main surface thereof in such a way that a hermetically sealed channel 16 is produced by a recess formed in the main surface of the silicon wafer 12 , which is connected to the pyrex glass wafer 14 . To manufacture such a substrate structure 10 , conventional methods for structuring the silicon wafer 12 , for example photolithographic methods, and for connecting the silicon wafer 12 to the pyrex glass wafer 14 , for example anodic bonding, can be used. Alternatively, two silicon wafers can be connected, for example, by so-called "silicon fusion bonding". In addition, recesses can be provided in both substrates to form the channel.

Wie in Fig. 1A gezeigt ist, sind in der Pyrexglasscheibe 14 Sollbruchstellen 18 gebildet, die bei bevorzugten Ausfüh rungsbeispielen der vorliegenden Erfindung durch Ansägen der Pyrexglasscheibe 14 erzeugt werden.As shown in FIG. 1A, predetermined breaking points 18 are formed in the pyrex glass pane 14 , which are produced in preferred exemplary embodiments of the present invention by sawing the pyrex glass pane 14 .

Eine solche Substratstruktur, wie sie in Fig. 1A gezeigt ist, wird beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung erzeugt, indem zunächst eine Mehrzahl von Ausnehmungen in einer Hauptoberfläche einer Siliziumscheibe erzeugt werden, woraufhin diese Hauptoberfläche der Sili ziumscheibe mit einer Pyrexglasscheibe abdichtend verbunden wird. Somit ist eine Mehrzahl von hermetisch abgeschlossenen Kanälen gebildet. Im Anschluß werden Sollbruchstellen ent sprechend der Darstellung von Fig. 1A für die Mehrzahl von hermetisch abgeschlossenen Kanälen durch Ansägen der Pyrex glasscheibe erzeugt. Wiederum im Anschluß wird dann die Wa ferstruktur vorzugsweise durch ein Sägen vereinzelt, um ein zelne längliche Substratstrukturen, die jeweils einen her metisch abgeschlossenen Kanal aufweisen, zu erzeugen. Das Sägen zum Vereinzeln des Wafers findet dabei parallel zur Längsrichtung der erzeugten Substratstrukturen 10 und quer zu der Längsrichtung derart statt, daß das Quersägen außer halb der Bereiche der Kanäle erfolgt, so daß die Kanäle her metisch abgeschlossen bleiben und außerhalb der Sollbruch stellen Abbruchenden verbleiben, die den Kanal 16 ver schließen. Alternativ können andere bekannte Verfahren zum Vereinzeln eines Wafers verwendet werden, z. B. ein geeignetes Ätzverfahren.Such a substrate structure, as shown in Fig. 1A, is generated in the preferred embodiment of the present invention by first producing a plurality of recesses in a main surface of a silicon wafer, whereupon this main surface of the silicon wafer is sealingly connected to a pyrex glass wafer. A plurality of hermetically sealed channels are thus formed. Subsequently, predetermined breaking points are generated accordingly for the plurality of hermetically sealed channels by sawing the Pyrex glass pane accordingly to the representation of FIG. 1A. Then again, the wafer structure is then preferably separated by sawing in order to produce an individual elongated substrate structure, each of which has a channel which is metically closed off. The sawing for separating the wafer takes place parallel to the longitudinal direction of the substrate structures 10 produced and transversely to the longitudinal direction in such a way that the cross-sawing takes place outside the regions of the channels, so that the channels remain metically closed and the ends of the breakage remain outside the predetermined breaking point, which close channel 16 ver. Alternatively, other known methods for dicing a wafer can be used, e.g. B. a suitable etching process.

Anschließend werden die Abbruchenden an den Sollbruchstellen 18 abgebrochen, so daß sich die in Fig. 1B gezeigte Funk tionseinheit ergibt, bei der der Kanal 16 eine Einlaßöffnung 20 und eine Auslaßöffnung 22 aufweist. Das Öffnen der Kanäle erfolgt somit durch ein Brechen, so daß eine Kontamination der Kanäle vermieden wird.Subsequently, the demolition ends are broken off at the predetermined breaking points 18 , so that the functional unit shown in FIG. 1B results, in which the channel 16 has an inlet opening 20 and an outlet opening 22 . The channels are thus opened by breaking, so that contamination of the channels is avoided.

Zum Erzeugen der Sollbruchstellen 18 ist eine Mehrzahl von Verfahren einsetzbar, wobei drei Beispiele in den Fig. 2A bis 2C gezeigt sind, die eine Vergrößerung des Abschnitts I von Fig. 1A darstellen. Oberhalb des Pfeils 24 ist dabei je weils eine Vergrößerung des Abschnitts I vor einem Abbrechen dargestellt, während unterhalb des Pfeils 24 jeweils der ab gebrochene Rand der Substratstruktur gezeigt ist.A plurality of methods can be used to generate the predetermined breaking points 18 , three examples being shown in FIGS. 2A to 2C, which represent an enlargement of section I of FIG. 1A. Above arrow 24 , an enlargement of section I is shown before breaking off, while below arrow 24 , the broken edge of the substrate structure is shown in each case.

Wie in Fig. 2A gezeigt ist, ist als Sollbruchstelle ledig lich ein Sägegraben 26 in der Pyrexglasscheibe gebildet. In diesem Fall ergibt sich eine relativ undefinierte Abbruch kante 28, die jedoch auf die Funktion der Funktionseinheit, die durch die Substratstruktur dargestellt wird, im wesent lichen keinen Einfluß hat. Somit ist es aufgrund der Ein fachheit dieses Verfahrens bevorzugt, die Sollbruchstellen lediglich durch einen Sägegraben 26 in der Pyrexglasscheibe zu erzeugen.As shown in Fig. 2A, as a predetermined breaking point Lich a saw trench 26 is formed in the Pyrex glass. In this case, there is a relatively undefined break edge 28 , which, however, has no influence on the function of the functional unit represented by the substrate structure. Thus, due to the simplicity of this method, it is preferred to generate the predetermined breaking points only through a saw trench 26 in the pyrex glass pane.

Gemäß Fig. 2B ist zusätzlich ein Sägegraben 30 in der Sili ziumscheibe 12 gebildet, während gemäß Fig. 2C eine geätzte Kerbe 32 zur Unterstützung der Sollbruchstelle in der Sili ziumscheibe gebildet ist. Bei den in den Fig. 2B und 2C dargestellten Sollbruchstellen ist die Geometrie der Stirn seite bis auf den schmalen Bruchbereich 34 bzw. 36 genau de finiert, wobei zur Erzeugung der jeweiligen Sollbruchstelle jedoch ein leicht erhöhter Aufwand durch das Erzeugen der Strukturen 30 und 32 in der Siliziumscheibe 12 notwendig ist.Referring to FIG. 2B is a Sägegraben 30 in the Sili is additionally formed ziumscheibe 12 while 2C, an etched groove is formed 32 to support the predetermined breaking point in the Sili ziumscheibe of FIG.. In the predetermined breaking points shown in FIGS. 2B and 2C, the geometry of the end face is defined exactly down to the narrow breaking area 34 and 36 , however, to generate the respective predetermined breaking point, however, a slightly increased effort by generating the structures 30 and 32 in the silicon wafer 12 is necessary.

Neben den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen zum Er zeugen einer Sollbruchstelle für eine Substratstruktur, die aus Pyrexglasscheibe und Siliziumglasscheibe besteht, können andere Verfahren zur Erzeugung gleichwirkender Sollbruch stellen verwendet werden, insbesondere wenn die Substrat struktur aus anderen Materialien besteht. Beispielsweise können die Sollbruchstellen durch Anätzen des oberen und des unteren Substrats erzeugt werden, wenn es sich bei beiden Substraten um Siliziumscheiben handelt. In addition to the embodiments described above for Er create a predetermined breaking point for a substrate structure, the consists of pyrex glass and silicon glass, can other methods for producing predetermined breaking acting in the same way places are used, especially when the substrate structure consists of other materials. For example can the predetermined breaking points by etching the upper and the lower substrate are generated if it is both Substrates are silicon wafers.

Bezugnehmend auf die Fig. 3A bis 3D wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Fertigen eines mikrofluidischen Bauelements beschrieben, bei dem ein Fluidikchip mit einer Verbinderanordnung versehen ist.Referring to FIGS. 3A to 3D, an embodiment of the inventive method will now be described for fabricating a microfluidic device in which a fluidic chip is provided with a connector assembly.

Die in Fig. 3A gezeigte Substratstruktur 10 entspricht der in Fig. 1A gezeigten Substratstruktur, wobei im linken Teil von Fig. 3A eine Vorderansicht 38 der Substratstruktur ge zeigt ist, die zusammen mit der Querschnittansicht auf der rechten Seite derselben verdeutlicht, daß es sich bei der Substratstruktur um eine längliche Struktur handelt. Die Substratstruktur kann beispielsweise eine Länge von 6 mm, eine Höhe von 1 mm und eine Breite von 1 mm aufweisen. Die Substratstruktur, wie sie in Fig. 3A gezeigt ist, liegt nach dem Vereinzeln eines Wafers vor, wobei, wie oben beschrieben wurde, der Kanal 16 noch hermetisch abgeschlossen ist, da quer zur Längsrichtung der Substratstruktur nur ein Ansägen stattgefunden hat, um die Sollbruchstellen 18 zu erzeugen.The substrate structure 10 shown in FIG. 3A corresponds to the substrate structure shown in FIG. 1A, a front view 38 of the substrate structure being shown in the left part of FIG. 3A, which together with the cross-sectional view on the right side of the same clarifies that it is the substrate structure is an elongated structure. The substrate structure can have a length of 6 mm, a height of 1 mm and a width of 1 mm, for example. The substrate structure, as shown in FIG. 3A, is present after the dicing of a wafer, wherein, as described above, the channel 16 is still hermetically sealed, since only a sawing has taken place transversely to the longitudinal direction of the substrate structure around the predetermined breaking points 18 to generate.

In Fig. 3B sind eine Vorderansicht 40 und eine Querschnitt ansicht 42 einer Verbinderanordnung 44 gezeigt, die mit der Substratstruktur 10 verbunden bzw. montiert wird, bevor die Substratstruktur 10 an den Sollbruchstellen 18 gebrochen wird. Die Verbinderanordnung weist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel widerhakenartige Strukturen 45 auf, die beispielsweise das einfach Anbringen eines Schlauchs oder dergleichen ermöglichen.In Fig. 3B is a front view are shown 40 and a cross-sectional view 42 of a connector assembly 44 which is connected to the substrate structure 10, or mounted before the substrate structure 10 is broken at the predetermined breaking points 18. In the exemplary embodiment shown, the connector arrangement has barb-like structures 45 which, for example, make it easy to attach a hose or the like.

In Fig. 3C ist die Substratstruktur 10 kombiniert mit der Verbinderanordnung 44 schematisch gezeigt, wobei die Verbin deranordnung beispielsweise durch Kleben an der Substrat struktur angebracht sein kann. Wie in Fig. 3C zu erkennen ist, ist der Kanal 16 weiterhin hermetisch abgeschlossen, da Abbruchenden 46 und 48 der Substratstruktur 10 noch nicht abgebrochen sind. Neben dem Kleben kann die Verbinderanordnung auch über Dichtungen oder durch ein Einspritzgießen an der Substratstruktur angebracht sein.May be shown in FIG. 3C, the substrate structure 10 is combined with the connector assembly 44 is shown schematically, wherein the Verbin the arrangement for example by glueing to the substrate structure attached. As can be seen in FIG. 3C, the channel 16 is still hermetically sealed, since terminating ends 46 and 48 of the substrate structure 10 have not yet broken off. In addition to gluing, the connector arrangement can also be attached to the substrate structure via seals or by injection molding.

Wie in Fig. 3D dargestellt ist, werden vorzugsweise gleich zeitig mit dem Anbringen der Verbinderanordnung 44 an der Substratstruktur 10 Abbruchnippel 50 bzw. 52 an den Abbruch enden 46 bzw. 48 angebracht. Die Abbruchnippel 50 bzw. 52 werden unter Ausnutzung einer Hebelwirkung verwendet, um die Abbruchenden 46 und 48 von der Substratstruktur 10 abzubre chen und somit die Ausgangsöffnung und die Eingangsöffnung des Kanals 16 freizulegen.As shown in FIG. 3D, demolition nipples 50 and 52 are preferably attached to the demolition ends 46 and 48 simultaneously with the attachment of the connector arrangement 44 to the substrate structure 10 . The break-off nipples 50 and 52 are used, using a leverage effect, to break off the break-off ends 46 and 48 from the substrate structure 10 and thus expose the exit opening and the entrance opening of the channel 16 .

Durch das oben bezugnehmend auf die Fig. 3A bis 3D be schriebene Verfahren wird sichergestellt, daß beim Anbringen der Verbinderanordnung an der Substratstruktur 10 keinerlei Kontamination in den Kanal 16 und somit in die Funktionsbe reiche des mikrofluidischen Bauelements eindringen kann, da der Kanal 16 bis zum Abschluß des Anbringens der Verbinder anordnung 44 an der Substratstruktur 10 hermetisch abge schlossen bleibt.Through the above with reference to FIGS. 3A to 3D be specified method it is ensured that in mounting the connector assembly to the substrate structure 10 of contamination in the channel 16 and thus in the Function De rich of the microfluidic device can penetrate, as the channel 16 up to the Completion of attaching the connector assembly 44 to the substrate structure 10 remains hermetically sealed.

Wie oben erläutert wurde, wird gemäß bevorzugten Ausfüh rungsbeispielen die Substratstruktur gebrochen, nachdem die Verbinderanordnung angebracht wurde. Dabei ist es bevorzugt, die Verbinderanordnung mittels eines "Insertspritzgießens" mit der Substratstruktur 10 zu verbinden, bei dem die zu um spritzende Substratstruktur direkt in das Einspritzwerkzeug eingebracht, mittels einer Halterung geeignet festgelegt und umspritzt wird. Ausführungsbeispiele von durch dieses Ver fahren erzeugten Strukturen sind in den Fig. 4 und 5 darge stellt, wobei Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel darstellt, bei dem als Verbinderanordnung zwei LUER-Außenkegel gebildet sind, während gemäß Fig. 5 ein LUER-Außenkegel und ein LUER-Innenkegel gebildet sind.As explained above, according to preferred embodiments, the substrate structure is broken after the connector assembly is attached. In this case, it is preferred to connect the connector arrangement to the substrate structure 10 by means of "insert injection molding", in which the substrate structure to be injection-molded is introduced directly into the injection tool, suitably fixed by means of a holder and overmoulded. Embodiments of structures produced by this method are shown in FIGS . 4 and 5, FIG. 4 showing an embodiment in which two LUER outer cones are formed as the connector arrangement, while according to FIG. 5 an LUER outer cone and a LUER -Internal cones are formed.

In Fig. 4 ist schematisch die Substratstruktur 10 mit unge brochenen Abbruchenden 46 und 48 gezeigt, die in eine Verbinderanordnung eingegossen ist, welche zwei LUER-Außenkegel 54 aufweist. Ferner wurden, wie in Fig. 4 dargestellt ist, gleichzeitig mit dem Erzeugen der Verbinderanordnung in der Gußform Abbruchhebel 56, mittels derer die Abbruchenden 46 bzw. 48 abgebrochen werden können, erzeugt, die mit diesen Abbruchenden 46 bzw. 48 verbunden sind. Das Gießen der Ver binderanordnung wird vorzugsweise derart durchgeführt, daß ein mittlerer Bereich 58 der Substratstruktur freitragend bleibt, so daß sich hier eine Leckschutzöffnung 60 ergibt. Eine nähere Erläuterung des durch die Leckschutzöffnung 60 bedingten Querleckschutzes erfolgt später bezugnehmend auf Fig. 6. Der freitragende Bereich 58 der Substratstruktur 10 kann beispielsweise durch einen Schieber beim Gießen der Verbinderanordnung realisiert werden.In FIG. 4, the substrate structure 10 having unge rupted terminal ends 46 and 48 is shown schematically which is molded into a connector assembly which comprises two male luer taper 54th Furthermore, as shown in FIG. 4, at the same time as the connector arrangement was created in the mold, break-off levers 56 , by means of which break-off ends 46 and 48 can be broken off, were produced, which are connected to these break-off ends 46 and 48 . The casting of the connector assembly is preferably carried out in such a way that a central region 58 of the substrate structure remains unsupported, so that there is a leak protection opening 60 here. A more detailed explanation of the transverse leak protection caused by the leak protection opening 60 will be given later with reference to FIG. 6. The self-supporting area 58 of the substrate structure 10 can be realized, for example, by a slide when the connector arrangement is cast.

Der Schieber, der zum Erzeugen der Querleckschutzöffnung verwendet wird, kann gleichzeitig als Halterung für das Si liziumsubstrats in dem Spritzgußwerkzeug dienen. Alternativ kann eine separate Haltevorrichtung zum Halten der Substrat struktur in dem Spritzgußwerkzeug vorgesehen sein. Bei dem in den Fig. 3A bis 3D dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Substratstruktur beispielsweise die Verbinderanordnung 44 zumindest an einer Seite leicht überragend vorgesehen sein, so daß die Struktur an dem Teil, die die Verbinderan ordnung 44 überragt, gehalten wird.The slide that is used to create the transverse leak protection opening can simultaneously serve as a holder for the silicon substrate in the injection mold. Alternatively, a separate holding device for holding the substrate structure can be provided in the injection mold. In the exemplary embodiment illustrated in FIGS. 3A to 3D, the substrate structure, for example the connector arrangement 44, can be provided in a slightly projecting manner on at least one side, so that the structure is held on the part which projects beyond the connector arrangement 44 .

Wie ferner in Fig. 4 zu erkennen ist, werden die LUER-Außen kegel 54 mit Widerhaken 62 gegossen, die vorgesehen sind, um nachfolgend das Fixieren üblicher LUER-Überwurfmuttern zu ermöglichen.As can also be seen in Fig. 4, the LUER outer cones 54 are cast with barbs 62 , which are provided to subsequently allow the fixing of conventional LUER union nuts.

Gemäß Fig. 5 ist die Verbinderanordnung, die mit der Sub stratstruktur 10 verbunden ist, durch einen LUER-Außenkegel 64 und einen LUER-Innenkegel 66 gebildet, wiederum derart, daß die Enden 46 und 48 der Substratstruktur 10 an den Soll bruchstellen 18 abgebrochen werden können. Die Verbinderan ordnung, die in Fig. 5 allgemein mit dem Bezugszeichen 68 bezeichnet ist, ist wiederum vorzugsweise mittels Spritzgie ßens aus einem Kunststoff oder Polymermaterial gebildet, wo bei vorzugsweise wiederum ein Querleckschutz 70 vorgesehen ist, der bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel durch einen in der Verbinderanordnung 68 vorgesehenen Quer kanal erzeugt ist. In Fig. 5 sind ferner LUER-Überwurfmut tern 72 und 74 gezeigt, die nach dem Fertigstellen des mi krofluidischen Bauelements aufgebracht werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind keine integrierten Abbruchhebel vorgesehen, so daß vorzugsweise ein zusätzliches Werkzeug verwendet wird, um die Enden 46 und 48 von der Chipstruktur 10 abzubrechen.Referring to FIG. 5, the connector assembly which is connected to the sub stratstruktur 10, formed by a male luer taper 64 and a female Luer cone 66 which, in turn, such that the ends 46 and 48 of the substrate structure 10 break points to the target are canceled 18 can. The Verbinderan arrangement, which is generally designated in FIG. 5 by the reference numeral 68 , is in turn preferably formed by injection molding from a plastic or polymer material, where a transverse leak protection 70 is preferably provided, which in the embodiment shown in FIG. 5 by a cross channel provided in the connector assembly 68 is generated. In Fig. 5 also LUER-union nuts 72 and 74 are shown, which are applied after the completion of the mi crofluidic component. In this exemplary embodiment, no integrated break-off levers are provided, so that an additional tool is preferably used to break off the ends 46 and 48 from the chip structure 10 .

Die oben genannten Insertspritzgußverfahren zum Erzeugen der Verbinderanordnung durch Umspritzen der Substratstruktur, d. h. der Funktionseinheit bzw. des Fluidikchips, sind vor teilhaft dahingehend, daß der Kanal nicht abgedichtet werden muß, da er noch hermetisch abgeschlossen ist, so daß ein In sertspritzgießen problemlos möglich ist. Ferner kann die Substratstruktur an einem Stück eingespritzt werden, wobei eine Kontamination des Kanals ausgeschlossen ist. Ferner kann der Wafer von allen vier Seiten gesägt werden, in Quer richtung in einem Bereich, in dem der Kanal durch das Durch sägen nicht geöffnet wird, wobei zusätzlich Sollbruchstellen mittels eines Ansägens erzeugt werden. Somit können Stan dardsägeprozesse zum Vereinzeln eines Wafers verwendet wer den. Das Einspritzen erfolgt bei den oben beschriebenen Ver fahren in einem einzigen Vorgang ohne zusätzlichen Montage schritt, wobei durch das Sägen des Chips auftretende Ausbrü che an den Rändern des Chips nicht zu einem Leckrisiko füh ren, sondern im Gegenteil eine verbesserte Haftung zwischen Kunststoff und Substratstruktur zur Folge haben, da in den Ausbrüchen der Kunststoff festgehalten wird.The above-mentioned insert molding process for producing the Connector arrangement by overmolding the substrate structure, d. H. the functional unit or the fluidic chip are before partial in that the channel cannot be sealed must, since it is still hermetically sealed, so that an In injection molding is possible without any problems. Furthermore, the Substrate structure are injected in one piece, wherein contamination of the channel is excluded. Further the wafer can be sawn from all four sides, crosswise direction in an area where the canal passes through saw is not opened, with additional predetermined breaking points be generated by means of a sawing. Stan dard saw processes for dicing a wafer the. The injection takes place in the Ver described above drive in a single operation without additional assembly step, with outburst occurring from sawing the chip on the edges of the chip do not lead to a risk of leakage on the contrary, improved liability between Plastic and substrate structure result in that in the Outbreaks of plastic are held.

Bezugnehmend auf die in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiele sei noch angemerkt, daß bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel der Kanal kurz gehalten werden kann, wobei jedoch zum Abbrechen in der Regel noch ein zusätzlicher Hebel erforderlich ist, während bei dem in Fig. 16 gezeigten Ausführungsbeispiel ein solcher zusätzli cher Hebel aufgrund der gebildeten Hebelelemente 56 nicht erforderlich ist. Die Länge der Substratstruktur bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 kann beispielsweise klei ner 10 mm sein.With reference to the exemplary embodiments shown in FIGS. 4 and 5, it should also be noted that in the exemplary embodiment shown in FIG. 5, the channel can be kept short, although an additional lever is usually required for breaking off, while in the case of the Fig. 16 shown embodiment such an additional lever is not required due to the lever elements 56 formed. The length of the substrate structure in the exemplary embodiment according to FIG. 5 can be, for example, less than 10 mm.

An dieser Stelle sei angemerkt, daß die Ausgestaltung der Verbinderanordnung einem Fachmann im wesentlichen freige stellt bleibt, solange nach dem Brechen der Substratstruktur der Eingangsanschluß der Verbinderanordnung mit der Ein gangsöffnung der Substratstruktur fluidmäßig verbunden ist und der Ausgangsanschluß der Verbinderanordnung mit der Aus gangsöffnung der Substratstruktur fluidmäßig verbunden ist.At this point it should be noted that the design of the Connector arrangement essentially free a person skilled in the art remains as long as after breaking the substrate structure the input terminal of the connector assembly with the on passage opening of the substrate structure is fluidly connected and the output terminal of the connector assembly with the off passage opening of the substrate structure is fluidly connected.

Alternativ zu den oben dargelegten Ausführungsbeispielen zum Anbringen der Verbinderanordnung an der Substratstruktur vor dem Öffnen des Kanals kann der Kanal auch vor dem Anbringen der Verbinderanordnung durch Brechen geöffnet werden, wobei dann jedoch die Möglichkeit einer Kontamination durch das Anbringen der Verbinderanordnung nicht ausgeschlossen ist. Im Falle eines Einspritzgießens muß eine Abdichtung der Sub stratstruktur dahingehend erfolgen, daß kein Kunststoff in den Kanal eindringen kann. Um dies zu Realisieren, sind To leranzen bezüglich der Außenabmessungen der Substratstruktur bzw. des Fluidikchips im Bereich von 0,02 mm erforderlich, so daß gewährleistet werden kann, daß kein Kunststoff durch einen dann noch zwischen Substratstruktur und Werkzeug exi stierenden Spalt dringen kann. Da vor dem Einspritzgießen ein Brechen der Stirnseiten erfolgt, kann der Stempel des Spritzwerkzeugs dort nicht abdichten, so daß derselbe die Substratstruktur an ihrem Querschnitt umfassen muß, so daß ein Abdichten der Fluidverbinder an den Seiten der Mikro flußrestriktion erfolgt. Obwohl bei diesem alternativen Ver fahren ein erhöhter Herstellungsaufwand aufgrund der erfor derlichen Toleranzen entsteht, kann dennoch ein mikrofluidisches Bauelement erzeugt werden, bei dem aufgrund des Bre chens der Substratstruktur, und nicht eines Sägens dersel ben, eine Kontamination des Kanals während der Herstellung im wesentlichen beseitigt ist.As an alternative to the exemplary embodiments set out above Attach the connector assembly to the substrate structure opening the channel, the channel can also be installed open the connector assembly by breaking, whereby but then the possibility of contamination by the Attaching the connector assembly is not excluded. In the case of injection molding, the sub strat structure that no plastic in can penetrate the channel. To do this, To tolerances with regard to the outer dimensions of the substrate structure or the fluidic chip required in the range of 0.02 mm, so that it can be ensured that no plastic through one then between the substrate structure and the tool exi constant gap can penetrate. Because before injection molding If the end faces break, the stamp of Do not seal the injection mold there, so that the same Must include substrate structure at its cross section, so that sealing the fluid connectors on the sides of the micro flow restriction occurs. Although this alternative ver drive an increased manufacturing cost due to the requ tolerances arises, can still be a microfluidic Component are generated in which due to the Bre the substrate structure, and not sawing the same ben, contamination of the channel during manufacture is essentially eliminated.

Fig. 6 zeigt eine schematische Querschnittdarstellung eines mikrofluidischen Bauelements zur Erläuterung des oben be reits angesprochenen Querleckschutzes, der vorteilhaft beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Fertigen eines mikrofluidi schen Hauelements implementiert werden kann. Das in Fig. 6 gezeigte mikrofluidische Bauelement 6 weist die Substrat struktur 10 aus Siliziumscheibe 12 und Pyrexglasscheibe 14 auf, in denen ein Kanal 16 mit der Eingangsöffnung 20 und der Ausgangsöffnung 22 gebildet ist. Ferner ist eine Verbin deranordnung vorgesehen, die einen Eingangsanschluß 102 und Ausgangsanschluß 104 aufweist, wobei der Eingangsanschluß 102 mit der Eingangsöffnung 20 des Kanals 16 fluidmäßig ver bunden ist, während der Ausgangsanschluß 104 mit der Aus gangsöffnung 22 des Kanals 16 fluidmäßig verbunden ist. Fig. 6 shows a schematic cross-sectional view of a microfluidic device to explain the above-mentioned cross-leak protection, which can be advantageously implemented in the inventive method for manufacturing a microfluidic device. In FIG. 6 microfluidic device 6 shown has the substrate structure 10 of the silicon wafer 12 and pyrex wafer 14 in which a channel 16 is formed with the input port 20 and output port 22. Furthermore, a connector assembly is provided which has an input port 102 and output port 104 , the input port 102 being fluidly connected to the input opening 20 of the channel 16 , while the output port 104 is fluidly connected to the output opening 22 of the channel 16 .

Die Verbinderanordnung, die bei dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel die Abschnitte 106 und 108 aufweist, wird derart abdichtend an der Substratstruktur 10 ange bracht, daß mit Ausnahme des Kanals, der den Nutzfluidweg darstellt, keine Verbindung zwischen Eingangsanschluß 102 und Ausgangsanschluß 104 existiert, d. h. die Verbindung an den Grenzflächen zwischen Verbinderanordnung und Substrat struktur, von denen eine beispielhaft mit dem Bezugszeichen 110 bezeichnet ist, ist derart fluiddicht ausgeführt, daß kein Fluid durch dieselbe gelangen kann. Zu diesem Zweck kann die Verbinderanordnung an die Substratstruktur geklebt werden, oder alternativ, wie oben beschrieben wurde, mittels eines Einspritzgießens erzeugt werden. Weiter alternativ kann eine Dichtung zwischen Verbinderanordnung und Substrat struktur vorgesehen werden, um eine entsprechende Abdichtung zu erhalten. The connector arrangement, which in the exemplary embodiment shown in FIG. 6 has the sections 106 and 108 , is attached to the substrate structure 10 in such a sealing manner that, with the exception of the channel which represents the useful fluid path, there is no connection between the input connection 102 and the output connection 104 , ie the connection at the interfaces between the connector arrangement and the substrate structure, one of which is designated by way of example with the reference number 110 , is designed to be fluid-tight in such a way that no fluid can pass through it. For this purpose, the connector assembly can be glued to the substrate structure, or alternatively, as described above, can be produced by means of injection molding. Further alternatively, a seal can be provided between the connector arrangement and the substrate structure in order to obtain a corresponding seal.

Gemäß Fig. 6 heißt das in anderen Worten, daß die Eingangs öffnung 20 und Ausgangsöffnung 22 des Kanals 16 in den zwei Stirnseiten der Substratstruktur 10 mittels Fluidverbindern 106 und 108 an ein Fluidsystem anschließbar sind, die derart an der Substratstruktur fixiert sind, daß es parallel zu dem Nutzfluidweg 16, der beispielsweise eine Flußrestriktion darstellt, keinen Strömungspfad gibt. Sollte nun einer oder auch beide Verbinder 106 bzw. 108 undicht sein, fließt gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung das Fluid nicht unter Umgehung des Nutzfluidwegs 16 von dem Eingangsanschluß 102 zu dem Ausgangsanschluß 104, sondern verläßt das mikrofluidische Bauelement durch eine Querleckflußöffnung 112, wie in Fig. 6 schematisch durch den Pfeil 114 dargestellt ist. Bei dem dargestellten Ausfüh rungsbeispiel ist die Leckflußöffnung 112 durch die im Mit telbereich freitragende Substratstruktur 10 realisiert, wie es bereits oben bezugnehmend auf Fig. 4 angesprochen wurde. Alternativ kann eine solche Querleckflußöffnung durch einen in der Verbinderanordnung vorgesehenen Querkanal gebildet sein, siehe Element 70 in Fig. 5, der derart ausgestaltet ist, daß ein Fluid nicht unter Umgehung des Nutzfluidwegs vom Eingangsanschluß zum Ausgangsanschluß gelangen kann.According to Fig. 6 that is to say in other words, that the input opening 20 and output opening 22 of the channel 16 in the two faces of the substrate structure 10 by means of fluid connectors 106 and 108 are connectable to a fluid system, which are so fixed to the substrate structure that parallel there is no flow path to the useful fluid path 16 , which represents, for example, a flow restriction. If one or both connectors 106 and 108 are now leaking, according to a preferred exemplary embodiment of the present invention, the fluid does not flow bypassing the useful fluid path 16 from the inlet connection 102 to the outlet connection 104 , but instead leaves the microfluidic component through a transverse leakage flow opening 112 , as shown schematically in FIG. 6 by arrow 114 . In the illustrated embodiment, the leakage flow opening 112 is realized by the substrate structure 10 which is self-supporting in the central region, as was already mentioned above with reference to FIG. 4. Alternatively, such a transverse leakage flow opening can be formed by a transverse channel provided in the connector arrangement, see element 70 in FIG. 5, which is designed such that a fluid cannot get from the inlet connection to the outlet connection bypassing the useful fluid path.

Zusammenfassend bleibt festzustellen, daß ein Querleck schutz, wie er oben beschrieben wurde, insbesondere unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft her stellbar ist. Es bleibt jedoch anzumerken, daß ein solcher Querleckschutz auch unter Verwendung anderer Verfahren zum Herstellen von mikrofluidischen Bauelementen, bei denen kein Brechen von Substratstrukturen stattfindet, realisiert wer den kann, beispielsweise auch dann, wenn die Einlaß- bzw. Auslaß-Öffnung einer Substratstruktur in der Oberseite bzw. Unterseite derselben vorgesehen sind.In summary, it remains to be noted that a cross leak protection as described above, especially under Advantageously use of the method according to the invention is adjustable. However, it remains to be noted that such Leakage protection also using other methods for Manufacture of microfluidic components in which none Breaking of substrate structures takes place, who realizes can, for example, even if the inlet or Outlet opening of a substrate structure in the top or Bottom of the same are provided.

Somit kann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung auf dem Gebiet der Medizintechnik ein unkontrollierter Medika menten-Querleckfluß vom Einlaß zum Auslaß eines mikrofluidischen Bauelements sicher verhindert werden, der je nach Me dikament und Dosierung zu einer erheblichen Gefährdung des Patienten führen kann. Hierbei ist festzustellen, daß eine Überdosierung fast immer wesentlich gefährlicher ist als ei ne Unterdosierung.Thus, when using the present invention an uncontrolled medicinal product in the field of medical technology element cross-leakage flow from the inlet to the outlet of a microfluidic Component can be prevented safely, depending on the me drug and dosage to a significant risk to the Patient. It should be noted that a Overdose is almost always much more dangerous than egg ne underdosing.

Bei den obigen Ausführungsbeispielen wurde jeweils an beiden Öffnungen der Substratstruktur ein Fluidanschluß einer Ver binderanordnung vorgesehen. Alternativ ist es jedoch mög lich, lediglich an einer Öffnung einen Verbinderanschluß vorzusehen, während die andere Öffnung beispielsweise als Düse verwendet wird, an die kein Schlauch oder dergleichen angeschlossen wird. Ferner ist festzustellen, daß es uner heblich ist, ob die Anschlüsse der Verbinderanordnungen über die jeweiligen Eingangs- bzw. Ausgangs-Öffnungen des Flui dikchips vorstehen, solange jeweils der Eingangsanschluß der Verbinderanordnung mit der Eingangsöffnung und/oder der Aus gangsanschluß der Verbinderanordnung mit der Ausgangsöffnung verbunden ist.In the above exemplary embodiments, both were used Openings of the substrate structure a fluid connection of a ver Binder arrangement provided. Alternatively, it is possible Lich, only at an opening a connector connection to be provided while the other opening, for example as Nozzle is used to which no hose or the like is connected. It should also be noted that it is not is significant whether the connections of the connector arrangements over the respective inlet and outlet openings of the Flui stick out as long as the input connection of the Connector arrangement with the entrance opening and / or the Aus Gang connection of the connector assembly with the outlet opening connected is.

Der bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen gezeigte Kanal kann in Form jeder beliebigen Fluidverbindung zwischen der Eingangsöffnung und der Ausgangsöffnung des mikroflui dischen Bauelements ausgebildet sein, wobei eine derartige Fluidverbindung auch beliebige Funktionseinheiten von komplexeren Fluidsystemen mit umfassen kann. Derartige komplexere Fluidsysteme können auch durch mehrschichtige Waferstrukturen gebildet sein, deren Eingangsöffnung und Ausgangsöffnung in verschiedenen Waferebenen liegen.The shown in the described embodiments Channel can take the form of any fluid connection between the entrance opening and the exit opening of the microflui be designed component, such Fluid connection also any functional units from can include more complex fluid systems. Such More complex fluid systems can also be achieved through multilayer Wafer structures are formed, their entrance opening and Exit opening are in different wafer levels.

Bezüglich der Materialauswahl des Kunststoffs beim Spritz gußvorgang ist es für einen Fachmann offensichtlich, wie ein geeignetes Material unter den Gesichtspunkten einer Medizin kompatibilität, einer thermischen Schrumpfung, einer Haftung des Kunststoffs an der Substratstruktur und dergleichen nach Bedarf geeignet zu wählen ist. Ferner ist eine geeignete Ausgestaltung des Spritzgußwerkzeuges unter Einhaltung von erforderlichen Toleranzen für einen Fachmann offensichtlich, wobei als Gesichtspunkte die Widerhaken für die Überwurfmut tern bei der LUER-Technik, eine Gratfreiheit des Dichtungs konus sowie der Werkzeughalter am Querleckschutz in Betracht kommen.Regarding the material selection of the plastic for the spray casting process, it is obvious to a person skilled in the art how a suitable material from the point of view of a medicine compatibility, thermal shrinkage, liability of the plastic on the substrate structure and the like Is to be selected appropriately. It is also a suitable one Design of the injection molding tool in compliance with necessary tolerances obvious to a specialist, with the barbs for the caprice as points of view with LUER technology, the seal is free of burrs cone as well as the tool holder on the lateral leak protection come.

Die vorliegende Erfindung schafft somit ein Verfahren zum Fertigen von mikrofluidischen Bauelementen, die insbesondere auf dem Gebiet der Medizintechnik vorteilhaft einsetzbar sind, da das erfindungsgemäße Verfahren das Fertigen von mi krofluidischen Bauelementen ermöglicht, deren Fluidikchip mit stirnseitigen Einlaß- und Auslaß-Öffnungen versehen sein kann, deren Fluidikchip auf massenfertigungstaugliche Art und Weise mit einer Verbinderanordnung versehen sein kann, und bei denen ferner ein Querleckschutz realisiert werden kann. Das Vorsehen der Einlaßöffnung und Auslaßöffnung an den Stirnseiten des Fluidikchips ist durch das erfindungsge mäße Brechen der Substratstruktur möglich, da dadurch eine Kontamination des Nutzkanals des Fluidikchips durch ein Sä gen vermieden wird.The present invention thus provides a method for Manufacture of microfluidic components, in particular can be used advantageously in the field of medical technology are, since the method according to the invention the production of mi allows crofluidic components, their fluidic chip be provided with front inlet and outlet openings can whose fluidic chip is suitable for mass production and can be provided with a connector arrangement, and in which transverse leak protection is also implemented can. The provision of the inlet opening and outlet opening the end faces of the fluidic chip is through the fiction moderate breaking of the substrate structure possible, as a result Contamination of the useful channel of the fluidic chip by a sow gene is avoided.

Claims

1. Method for producing a microfluidic component with the following steps:
Producing a substrate structure ( 10 ) with a hermetically sealed channel ( 16 ) formed therein; and
Breaking the substrate structure ( 10 ) at two predetermined breaking points ( 18 ) thereof, so that an inlet opening ( 20 ) and an outlet opening ( 22 ) of the channel ( 16 ), which are connected by the channel ( 16 ), are formed.

2. The method according to claim 1, wherein the predetermined breaking points ( 18 ) are generated by sawing and / or etching notches ( 26 ; 30 ; 32 ) in the substrate structure ( 10 ).

3. The method of claim 1 or 2, wherein the step of creating a substrate structure ( 10 ) comprises the step of joining major surfaces of two substrates ( 12 , 14 ), the joined major surface of one of the substrates ( 12 ) or both substrates of the Art is structured that after connecting the hermetically sealed channel ( 16 ) is formed.

4. The method according to claim 3, wherein one of the substrates ( 14 ) is a pyrex glass pane and one of the substrates ( 12 ) is a silicon pane.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the step of producing the substrate structure ( 10 ) further comprises the step of separating a wafer structure for generating a plurality of elongated substrate structures ( 10 ), wherein the predetermined breaking points ( 18 ) before or after separating transverse to the longitudinal direction of the sub stratstruktur ( 10 ) are generated in the same.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, further comprising the step of producing a connector arrangement ( 44 ; 54 ; 68 ; 106 ), ( 108 ) connected to the substrate structure with an input connection ( 102 ) and / or an output connection ( 104 ), wherein after breaking the substrate structure ( 10 ), the input opening ( 20 ) of the same with the input connection ( 102 ) and / or the output opening ( 22 ) thereof is fluidly connected to the output connection ( 104 ).

7. The method of claim 6, wherein the step of generating step of the connector assembly has an injection molding process.

8. The method of claim 6 or 7, wherein the step of producing the connector assembly takes place before the step of breaking the substrate structure ( 10 ).

9. The method of claim 8, wherein in the step of producing the connector assembly further break levers ( 50 , 52 , 56 ), which are connected to the parts to be broken off ( 56 , 48 ) of the substrate structure ( 10 ), who who.

10. The method according to any one of claims 6 to 9, wherein in the step of producing the connector arrangement ( 54 ; 68 ; 106 , 108 ) the substrate structure ( 10 ) and the Verbinderan arrangement are sealingly connected to each other, so that after breaking the substrate structure ( 10 ) the input connection ( 102 ) is only fluidly connected to the output connection ( 22 ) via the channel ( 16 ), the connector arrangement being produced with a leak protection opening ( 70 ; 112 ) which prevents a fluid ( 114 ) bypassing the channel ( 16 ) from the input port ( 102 ) to the output port ( 104 ) when the sealing connection between the connector assembly and the substrate structure ( 10 ) is leaking.

11. Microfluidic component with the following features:
a functional unit ( 10 ) with an inlet opening ( 20 ) and an outlet opening ( 22 ) which are connected by a fluid utilization channel ( 16 );
a connector device ( 106 ), ( 108 ) with an input connection ( 102 ) which is fluidly connected to the input opening ( 20 ), and an output connection ( 104 ) which is fluidly connected to the output opening ( 22 ),
wherein the connector device ( 106 ), ( 108 ) and the functional unit ( 110 ) are sealingly connected to one another in such a way that the input connection ( 102 ) is only fluidly connected to the output connection ( 104 ) via the fluid use channel;
marked by
a leakage protection port ( 112 ) through the connector assembly ( 106 , 108 ) which prevents fluid from going around the fluid port ( 16 ) from the input port ( 102 ) to the output port ( 104 ) when the sealing connection between the connector assembly ( 106 ), ( 108 ) and the functional unit is leaking.