WO2011057711A1 - Microfluidic multiport bus connector - Google Patents

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WO2011057711A1
WO2011057711A1 PCT/EP2010/006489 EP2010006489W WO2011057711A1 WO 2011057711 A1 WO2011057711 A1 WO 2011057711A1 EP 2010006489 W EP2010006489 W EP 2010006489W WO 2011057711 A1 WO2011057711 A1 WO 2011057711A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
microfluidic
bus connector
fluidic
multiport
elements
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/006489
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German (de)
French (fr)
Inventor
Bastian Rapp
Thomas Duttenhofer
Original Assignee
Karlsruher Institut für Technologie
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Publication date
Application filed by Karlsruher Institut für Technologie filed Critical Karlsruher Institut für Technologie
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/56—Labware specially adapted for transferring fluids
    • B01L3/565—Seals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/02—Adapting objects or devices to another
    • B01L2200/026—Fluid interfacing between devices or objects, e.g. connectors, inlet details
    • B01L2200/027—Fluid interfacing between devices or objects, e.g. connectors, inlet details for microfluidic devices

Definitions

  • the present invention relates to a multi-port microfluidic bus connector.
  • microfluidic system An essential part of any microfluidic system is the connection of the microfluidic system components to the fluidic periphery of the system.
  • these fluidic connections convert analytes as well as carrier and rinsing solutions into the microfluidic system components.
  • the liquid is usually conveyed through a hose, which is preferably made of a chemically inert material such as, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE, commonly known by the brand name Teflon), into the system.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • Teflon polytetrafluoroethylene
  • One of the most widely used systems for connecting a single tube to a microfluidic system component is a system known from high performance liquid chromatography (HPLC) using a PTFE tube with a thermally-created flange and a female screw.
  • HPLC high performance liquid chromatography
  • the great advantage of this system is mainly due to the fact that the fluids that are guided through this fluidic coupling only come into contact with the PTFE tube and the material of the microfluidic system. There are no further sealing elements necessary.
  • the disadvantage is that each fluidic coupling is closed and released individually have to be. For a parallel connection of several hoses, the parallel screwing a plurality of individual banjo bolts is necessary.
  • a first group includes connection systems that require additional elements for the connection. These may be, for example, nozzles, spigot pins, crimping rings or the like. These systems are particularly unsuitable especially if these additional elements must be made of certain materials, because they act as sealing elements, for example. It is critical that these elements are always in direct media contact.
  • US4900065A shows, for example, a connection system that is in principle executable as a bus connector. The disadvantage lies in the structural implementation, in particular in the use of an additional connecting element, which also generates a large additional Totvo- lumen in the transfer behavior. The element is also suitable only for connecting flexible hoses. PTFE as the most frequently required material in microfluidics is excluded because it is only insufficiently deformable at room temperature.
  • sealing materials being in direct contact with the media to be pumped through the system and therefore always being a source of sample change. In analytical applications or in the synthesis therefore often has to be completely dispensed sealing element.
  • connection systems which generate the contact pressure by a thread.
  • Such systems are disclosed, for example, in US7182371B1, US7311882B1 or US7553455B1.
  • these solutions are only suitable for single connections, but not for multiport systems, since each connection must be connected separately.
  • No. 6,319,476 B1 describes a system in which, in a first embodiment, the contact pressure is generated by a thread. Moreover, the document discloses, in all embodiments, the use of sealing elements. For the reasons mentioned above, it is therefore not transferable to the parallel connection of a plurality of hoses on a mi-krofluidisches system.
  • microfluidic systems are known from the prior art, which comprise several of the said connection systems.
  • US 5 988 703A discloses gluing or bonding the connection port to a plate and screwing the connection tubes.
  • the object of the invention is to provide a microfluidic multi-port bus connector that does not have the aforementioned limitations and drawbacks and which allows a reversible connecting a plurality of fluid supply lines with a microfluidic system ⁇ component.
  • a further object of the invention is to provide a device which simultaneously closes or opens each connection of the plurality of connections, wherein a static overdetermination is to be avoided.
  • the microfluidic multiport bus connector according to the invention has, as the core element of the system, a compression body which, like a chaining of individual springs, ensures the application of a sufficiently large prestress. Due to the compressibility, this preload enables a homogenous force distribution over all connection points and the problem of static overdetermination does not exist.
  • the multiport bus connector is on the one hand mechanically rigid by the combination of a rigid solid body with the compression body, on the other hand, however, allows for a deformation at the connection points.
  • a particular advantage of the microfluidic multiport bus connector is that a multiplicity of fluidic connections can be closed or opened in parallel. As a result, at the same time a multiplicity of fluidic supply lines can be connected to a microfluidic system. The user must then only integrally establish the connection between the entire bus connector and the microfluidic system component.
  • the bus connector By connecting the bus connector to the microfluidic system component, the plurality of individual fluidic connections are integrally closed and each individual connection is made. In the same way, by disconnecting the bus connector be solved by the microfluidic system component, the plurality of individual fluidic compounds at the same time.
  • the compression body is arranged in the microfluidic multiport bus connector according to the invention such that contact with the fluid to be analyzed is excluded. This is a strict requirement for use of the system in analysis, reduces the number of parts required, and makes the system simpler and less expensive to manufacture.
  • Another advantage of the system is that the described design of the compression body enables the scalability of the system. To close a plurality of connections simultaneously implies that a once closed connection does not hinder the closure of another connection.
  • the compression element generates the necessary for the fluidic coupling bias over a large area, regardless of how many fluidic compounds are distributed over this area.
  • the system thus scales the number of connections to be closed only by its size and the maximum force that is required to be applied to the system to compress the compression element.
  • bus connector In addition to the connection of bus connector to microfluidic system components, the system allows advantageously the connection of individual bus connectors with each other.
  • the present invention has the advantages listed below.
  • the multiport bus plug according to the invention is subject to no restrictions, which represents a further advantage.
  • the device can be operated with the usual material systems made of glass, metal, polymers or ceramics.
  • the system uses known and established connection standards. The system should therefore achieve rapid acceptance by the users, since no expensive additional equipment or devices are necessary.
  • the system only brings the surfaces of the microfluidic system into contact with the fluids to be pumped through the system. In particular, no sealing materials or the like are necessary to contaminate the samples and render the system unusable for a variety of applications.
  • the system is almost arbitrary scalable to the number of connections and requires no special manufacturing technology, the body of the bus connector and the compression element are easy to manufacture components and therefore suitable for the mass market.
  • Fig. 1 shows schematically the principle of the invention.
  • FIG. 3 contains a schematic representation of an embodiment of the invention.
  • a rigid solid 1 is connected to a compression element 2.
  • the compression element 2 is formed by spring elements 21.
  • the connection point 3 was designed so that the previously held as rigid connection points are replaced by flexible elements.
  • the principle of the invention shown in Fig. 1 comprises fluidic conduits 4, e.g. designed as PTFE hoses, which are provided with flanges 5.
  • the bias on the flanges 5 of the PTFE tubing 4 takes place in the embodiment shown no longer by a solid but by a spring element 21.
  • This spring element 21 can be further compressed after full contact of the flange 5 with the microfluidic system 6. In this way, it is possible to compress the remaining connection points 3 to such an extent that they form a positive connection with the microfluidic system component 6. The necessary force for the fluidic sealing of the microfluidic system component 6 is minimized in this way.
  • the mechanical replacement model of the compression body 2 is shown.
  • the spring element 21 with the spring constant c we i Ch is doing so according to the construction with the solid 1 with the element with the spring constant c rigid 11, connected in series. If such a serially connected spring chain 11, 21 is acted upon by a force, the softer spring 21 is first compressed. The original height of the soft spring 21 is reduced from h soft , o to h soft , 1, whereas the original height of the rigid element 11 h rigid , o as h rigid , 1 remains almost unchanged. In this way, a compensation of the original height of several individual spring elements with the heights h soft , o to h soft , i possible.
  • the additional applied force first closes the fluidic seals sequentially according to their original height. Once all the spring elements have been closed and the individual soft springs have been reduced to the maximum compression, the force is introduced almost homogeneously over the entire number of individual closing elements.
  • FIG. 3 shows the basic schematic structure of an embodiment of the compression body 2 with a connected microfluidic system component 6.
  • FIG. 3 shows a microfluidic system component 6 with a microfluidic channel structure 7, which connects two supply lines 4 in pairs.
  • a carrier element 8 has suitable holes 9 for receiving screws 10. The screws 10 provide the necessary force to compress the compression element 2 and thus close the fluidic seal. As a result, the fluidic supply lines 4 with the flanges not shown in the figure fluidly sealed with the
  • microfluidic system component 6 connected.
  • a compressible solid is used. This preferably consists of a compressible thermoplastic, a foamed composite material or comparable compressible materials. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Abstract

The invention relates to a microfluidic multiport bus connector. The microfluidic multiport bus connector according to the invention comprises a compression body (2) as the core element of the system, said compression body, like an interlinked structure of individual springs, ensuring that a sufficiently large preload is applied. Owing to the compressibility, said preload enables a homogeneous distribution of force over all connection points (3) and the problem of static redundancy is absent. As a result of the combination of a rigid solid body (1) with the compression body (2), the multiport bus connector is mechanically rigid, yet allows a deformation at the connection points (3). A particular advantage of the microfluidic multiport bus connector is that a plurality of fluidic connections can be closed or opened in parallel. In such a way, a plurality of fluidic feed lines (4) can be simultaneously connected to a microfluidic system (6).

Description

Mikrofluidischer Multiport-Busstecker Microfluidic multiport bus connector
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mikrofluidischen Multiport- Busstecker . The present invention relates to a multi-port microfluidic bus connector.
Ein essentieller Bestandteil eines jeden mikrofluidischen Systems ist die Verbindung der mikrofluidischen Systemkomponenten mit der fluidischen Peripherie des Systems. In den meisten Fällen werden durch diese fluidischen Anschlüsse Analyten, sowie Träger- und Spüllösungen in die mikrofluidischen Systemkomponenten überführt. Dabei wird die Flüssigkeit meist durch einen Schlauch, welcher vorzugsweise aus einem chemisch inerten Material wie beispielsweise Polytetrafluorethy- len (PTFE, gemeinhin bekannt unter dem Markenname Teflon) gefertigt ist, in das System gefördert. Der Schlauch muss dann in geeigneter Weise mit dem mikrofluidischen System verbunden werden. Es ist zu beachten, dass hierbei häufig nicht nur eine sondern eine Vielzahl von Verbindungen notwendig ist. Vor allem für hochintegrierte mikrofluidische Systeme belaufen sich die Anzahl der an die mikrofluidischen Systemkomponenten anzubringenden Anschlüsse auf bis zu einigen Hundert . An essential part of any microfluidic system is the connection of the microfluidic system components to the fluidic periphery of the system. In most cases, these fluidic connections convert analytes as well as carrier and rinsing solutions into the microfluidic system components. In this case, the liquid is usually conveyed through a hose, which is preferably made of a chemically inert material such as, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE, commonly known by the brand name Teflon), into the system. The hose must then be suitably connected to the microfluidic system. It should be noted that this often requires not just one but a variety of connections. Especially for highly integrated microfluidic systems, the number of connectors to be attached to the microfluidic system components is up to several hundred.
Aus der Literatur ist bereits eine Vielzahl von möglichen Varianten für eine Verbindung eines Schlauches mit einer mikrofluidischen Systemkomponente bekannt. Diese Systeme sind heute mitunter bereits weit verbreitet und werden in einer großen Anzahl von Publikationen und Patenten beschrieben. From the literature, a variety of possible variants for a connection of a hose with a microfluidic system component is already known. These systems are already widely used today and are described in a large number of publications and patents.
Eines der am meisten verwendeten Systeme für die Verbindung eines einzelnen Schlauches mit einer mikrofluidischen Systemkomponente ist ein aus der HPLC (high Performance liquid chromatography) bekannte System unter Verwendung eines PTFE Schlauches mit einem thermisch erzeugten Flansch und einer Hohlschraube. Der große Vorteil dieses Systems liegt vor allem darin begründet, dass die Flüssigkeiten, die durch diese fluidische Kopplung geführt werden, lediglich mit dem PTFE Schlauch und dem Material des mikrofluidischen Systems in Berührung kommen. Es sind keine weiteren Dichtelemente notwendig. Nachteilig ist, dass jede fluidische Kopplung einzeln geschlossen und gelöst werden musst. Für ein paralleles Anschließen mehrerer Schläuche ist das parallele Einschrauben einer Vielzahl einzelner Hohlschrauben notwendig . One of the most widely used systems for connecting a single tube to a microfluidic system component is a system known from high performance liquid chromatography (HPLC) using a PTFE tube with a thermally-created flange and a female screw. The great advantage of this system is mainly due to the fact that the fluids that are guided through this fluidic coupling only come into contact with the PTFE tube and the material of the microfluidic system. There are no further sealing elements necessary. The disadvantage is that each fluidic coupling is closed and released individually have to be. For a parallel connection of several hoses, the parallel screwing a plurality of individual banjo bolts is necessary.
Aus der Literatur bekannt sind ferner eine Reihe von Systemen, die für die Lösung einzelner fluidischer Verbindungen in Frage kommen. Einige davon sind prinzipiell auf eine Multiport-Lösung übertragbar. Diese Lösungen lassen sich allgemein in folgende Gruppen einteilen. From the literature are also known a number of systems that come for the solution of individual fluidic compounds in question. Some of them are in principle transferable to a multiport solution. These solutions can be generally divided into the following groups.
Eine erste Gruppe umfasst Verbindungssysteme, die zusätzliche Elemente für die Verbindung benötigen. Dies können beispielsweise Stutzen, AufStecknadeln, Quetschringe oder ähnliches sein. Diese Systeme sind vor allem dann besonders ungeeignet, wenn diese zusätzlichen Elemente aus bestimmten Materialien ausgeführt werden müssen, weil sie beispielsweise als Dichtelemente fungieren. Hierbei ist kritisch, dass diese Elemente stets in direktem Medienkontakt stehen. Die US4900065A zeigt zum Beispiel ein Verbindungssystem, dass prinzipiell as Busstecker ausführbar ist. Der Nachteil liegt in der konstruktiven Umsetzung, insbesondere in der Verwendung eines zusätzlichen Verbindungselementes, welches darüber hinaus ein großes zusätzliches Totvo- lumen im Transferverhalten erzeugt. Das Element ist außerdem nur zum Verbinden flexibler Schläuche geeignet. PTFE als am häufigsten gefordertes Material in der Mikrofluidik scheidet hierbei aus, da es bei Raumtemperatur nur unzureichend deformierbar ist. A first group includes connection systems that require additional elements for the connection. These may be, for example, nozzles, spigot pins, crimping rings or the like. These systems are particularly unsuitable especially if these additional elements must be made of certain materials, because they act as sealing elements, for example. It is critical that these elements are always in direct media contact. US4900065A shows, for example, a connection system that is in principle executable as a bus connector. The disadvantage lies in the structural implementation, in particular in the use of an additional connecting element, which also generates a large additional Totvo- lumen in the transfer behavior. The element is also suitable only for connecting flexible hoses. PTFE as the most frequently required material in microfluidics is excluded because it is only insufficiently deformable at room temperature.
Eine Weitere Gruppe greift auf die Verwendung radialer Dichtungen zurück. Diese prinzipiell geeignete Form der Dichtung kommt zwar ohne weitere Dichtelemente aus, nachteilig ist jedoch, dass bedingt durch den notwendigen großen Einpressdruck die Verbindungen nur sehr schwer wieder zerstörungsfrei zu lösen sind. Darüber hinaus ist die Verwendung dieser Systeme für Multiport Anwendungen eingeschränkt, da die Systeme ab zwei gleichzeitig zu verbindenden Elementen mechanisch ü- berbestimmt sind. Die erste Dichtung definiert alle Freiheitsgrade, jede weitere Verbindung kann nur dann mechanisch geschlossen werden, wenn eines der Elemente flexibel ausgeführt wird. Dies schränkt die Systeme in ihrer Verwendung für eine Vielzahl von mikrofluidischen Anwendungen aber erneut stark ein. Beispiele für solche Systeme sind in der US4834423A, der US2009129728A1, der WO2008063070A1 oder der WO9833001A1 offenbart. Another group relies on the use of radial seals. Although this principle suitable form of the seal comes without further sealing elements, it is disadvantageous that due to the necessary large press-fit, the compounds are very difficult to solve again without destroying. In addition, the use of these systems for multi-port applications is limited, since the systems are mechanically Überbestimmt from two elements to be simultaneously connected. The first seal defines all degrees of freedom, each further connection can only be closed mechanically if one of the elements is made flexible. However, this again restricts the systems in their use for a variety of microfluidic applications. Examples of such systems are in US4834423A, US2009129728A1, WO2008063070A1 or WO9833001A1.
Sehr weit verbreitet sind Systeme, bei denen mindestens ein Element geklebt werden muss. Derartige Systeme sind beispielsweise in der DE10249105B4 oder WO2008042482A2 offenbart. Diese Systeme sind durch die enthaltenen Klebstoffe für Anwendungen in der mikrofluidischen Analytik und in der Synthese ungeeignet, da die Klebstoffe nicht mit den Analyten in Kontakt geraten dürfen. Very widespread are systems in which at least one element must be glued. Such systems are disclosed, for example, in DE10249105B4 or WO2008042482A2. These systems are unsuitable for use in microfluidic analysis and synthesis because of the adhesives they contain, since the adhesives must not come into contact with the analytes.
Systeme mit Dichtelementen, weisen die gleichen Nachteile auf, wobei die Dichtmaterialien in direktem Kontakt mit den durch das System zu fördernden Medien stehen und daher immer eine Quelle für die Veränderung der Proben sind. Bei analytischen Anwendungen oder in der Synthese muss daher oft komplett auf Dichtelement verzichtet werden. Systems with sealing elements have the same drawbacks, the sealing materials being in direct contact with the media to be pumped through the system and therefore always being a source of sample change. In analytical applications or in the synthesis therefore often has to be completely dispensed sealing element.
Auch diese Systeme unterliegen daher enormen Einschränkungen. Beispiele sind in WO2008042482A2 , US6273478B1, US2002093143A1, These systems are therefore subject to enormous limitations. Examples are in WO2008042482A2, US6273478B1, US2002093143A1,
WO0052376A1, WO0109598A1, WO0240901A1, WO9963260A1 oder der DE 102 13 272 AI angegeben. WO0052376A1, WO0109598A1, WO0240901A1, WO9963260A1 or DE 102 13 272 Al.
Neben den, aus der eingangs erwähnten HPLC, bekannten Systemen mit Hohlschrauben, sind eine Reihe weiterer Verbindungssysteme bekannt, die die Anpresskraft durch ein Gewinde erzeugen. Derartige Systeme werden beispielsweise in der US7182371B1, US7311882B1 oder US7553455B1 offenbart. Diese Lösungen eignen sich allerdings nur für Einzelverbindungen, nicht aber für Multiport-Systeme, da jeder An- schluss separat angeschlossen werden muss. In addition to the, from the above-mentioned HPLC, known systems with hollow screws, a number of other connection systems are known which generate the contact pressure by a thread. Such systems are disclosed, for example, in US7182371B1, US7311882B1 or US7553455B1. However, these solutions are only suitable for single connections, but not for multiport systems, since each connection must be connected separately.
Die US 6 319 476 Bl beschreibt ein System, bei dem in einer ersten Ausführform die Anpresskraft durch ein Gewinde erzeugt wird. Darüberhinaus offenbart die Druckschrift, in allen Ausführformen die Verwendung von Dichtelementen. Aus den eingangs genannten Gründen ist es deshalb nicht zur parallelen Verbindung einer Vielzahl von Schläuchen auf ein mi-krofluidisches System übertragbar. No. 6,319,476 B1 describes a system in which, in a first embodiment, the contact pressure is generated by a thread. Moreover, the document discloses, in all embodiments, the use of sealing elements. For the reasons mentioned above, it is therefore not transferable to the parallel connection of a plurality of hoses on a mi-krofluidisches system.
Letztlich sind noch mikrofluidische Systeme aus dem Stand der Technik bekannt, die mehrere der genannten Verbindungssysteme umfassen. Die US 5 988 703A offenbart ein Kleben oder Bonden des Anschlussports auf eine Platte und das Verschrauben der Anschlussschläuche. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen mikrofluidischen Multiport-Busstecker anzugeben, der die genannten Einschränkungen und Nachteile nicht besitzt und der ein reversibles Verbinden einer Vielzahl von fluidischen Zuleitungen mit einer mikrofluidischen System¬ komponente ermöglicht. Finally, microfluidic systems are known from the prior art, which comprise several of the said connection systems. US 5 988 703A discloses gluing or bonding the connection port to a plate and screwing the connection tubes. The object of the invention is to provide a microfluidic multi-port bus connector that does not have the aforementioned limitations and drawbacks and which allows a reversible connecting a plurality of fluid supply lines with a microfluidic system ¬ component.
Weiterhin soll diese Vielzahl von Verbindungen ohne Dicht- oder Klebmaterialien hergestellt werden, die mit dem Fluid in Kontakt geraten. Furthermore, this variety of compounds should be made without sealing or adhesive materials that come into contact with the fluid.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Vor¬ richtung, die jeden Anschluss der Vielzahl von Verbindungen zeitgleich verschließt oder öffnet, wobei eine statische Überbestimmung vermieden werden soll. A further object of the invention is to provide a device which simultaneously closes or opens each connection of the plurality of connections, wherein a static overdetermination is to be avoided.
Gelöst wird die Aufgabe durch einen mikrofluidischen Multiport- Busstecker mit den Merkmalen nach Anspruch 1. Die Unteransprüche beschreiben die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung. The object is achieved by a microfluidic multiport bus connector with the features of claim 1. The dependent claims describe the advantageous embodiment of the invention.
Der erfindungsgemäße mikrofluidische Multiport-Busstecker weist als Kernelement des Systems einen Kompressionskörper auf, der wie eine Verkettung einzelner Federn für die Aufbringung einer ausreichend großen Vorspannung sorgt. Diese Vorspannung ermöglicht durch die Komprimierbarkeit eine homogene Kraftverteilung über alle Anschlussstellen und das Problem der statischen Überbestimmung besteht nicht. Der Multiport-Busstecker ist durch die Kombination eines starren Vollkörpers mit dem Kompressionskörper einerseits mechanisch starr, lässt anderseits jedoch eine Deformation an den Anschlussstellen zu. The microfluidic multiport bus connector according to the invention has, as the core element of the system, a compression body which, like a chaining of individual springs, ensures the application of a sufficiently large prestress. Due to the compressibility, this preload enables a homogenous force distribution over all connection points and the problem of static overdetermination does not exist. The multiport bus connector is on the one hand mechanically rigid by the combination of a rigid solid body with the compression body, on the other hand, however, allows for a deformation at the connection points.
Ein besonderer Vorteil des mikrofluidischen Multiport-Bussteckers liegt darin, dass eine Vielzahl fluidischer Verbindungen parallel geschlossen bzw. geöffnet werden kann. Dadurch kann zeitgleich eine Vielzahl von fluidischen Zuleitungen mit einem mikrofluidischen System verbunden werden. Der Anwender muss dann lediglich integral die Verbindung zwischen dem gesamten Bussteckers und der mikrofluidischen Systemkomponente herstellen. Durch Verbinden des Bussteckers mit der mikrofluidischen Systemkomponente wird die Vielzahl einzelner fluidischer Verbindungen integral geschlossen und jede einzelne Verbindung hergestellt. Auf gleiche Weise kann durch Abtrennen des Bussteckers von der mikrofluidischen Systemkomponente die Vielzahl der einzelnen fluidischen Verbindungen zeitgleich gelöst werden. A particular advantage of the microfluidic multiport bus connector is that a multiplicity of fluidic connections can be closed or opened in parallel. As a result, at the same time a multiplicity of fluidic supply lines can be connected to a microfluidic system. The user must then only integrally establish the connection between the entire bus connector and the microfluidic system component. By connecting the bus connector to the microfluidic system component, the plurality of individual fluidic connections are integrally closed and each individual connection is made. In the same way, by disconnecting the bus connector be solved by the microfluidic system component, the plurality of individual fluidic compounds at the same time.
Der Kompressionskörper ist in dem erfindungsgemäßen mikrofluidischen Multiport-Busstecker derart angeordnet, dass ein Kontakt mit dem zu analysierenden Fluid ausgeschlossen ist. Dies ist für einen Einsatz des Systems in der Analytik eine strikte Notwendigkeit, verringert die Anzahl notwendiger Teile und macht das System einfacher und kostengünstiger in der Herstellung. The compression body is arranged in the microfluidic multiport bus connector according to the invention such that contact with the fluid to be analyzed is excluded. This is a strict requirement for use of the system in analysis, reduces the number of parts required, and makes the system simpler and less expensive to manufacture.
Ein weiterer Vorteil des Systems ist, dass die beschriebene Ausführung des Kompressionskörpers die Skalierbarkeit des Systems ermöglicht. Eine Vielzahl von Verbindungen gleichzeitig zu schließen impliziert, dass eine einmal geschlossene Verbindung die Schließung einer weiteren Verbindung nicht behindert. Das Kompressionselement erzeugt die für die fluidische Kopplung notwendige Vorspannung über eine große Fläche, unabhängig davon, wie viele fluidische Verbindungen über diese Fläche verteilt sind. Das System skaliert somit die Anzahl zu schließender Verbindungen allein über seine Baugröße und die maximal auf das System aufzubringende Kraft, die benötigt wird, um das Kompressionselement zu komprimieren. Another advantage of the system is that the described design of the compression body enables the scalability of the system. To close a plurality of connections simultaneously implies that a once closed connection does not hinder the closure of another connection. The compression element generates the necessary for the fluidic coupling bias over a large area, regardless of how many fluidic compounds are distributed over this area. The system thus scales the number of connections to be closed only by its size and the maximum force that is required to be applied to the system to compress the compression element.
Neben der Verbindung von Busstecker zu mikrofluidischen Systemkomponenten erlaubt das System in vorteilhafter Weise die Verbindung von einzelnen Bussteckern untereinander. In addition to the connection of bus connector to microfluidic system components, the system allows advantageously the connection of individual bus connectors with each other.
Die vorliegende Erfindung weist insbesondere die im Folgenden aufgeführten Vorteile auf. In particular, the present invention has the advantages listed below.
Hinsichtlich der verwendbaren Materialien, die üblicherweise in der Mikrofluidik ihre Anwendung finden, unterliegt der erfindungsgemäße Multiport-Busstecker keinen Einschränkungen, was einen weiteren Vorteil darstellt. Die Vorrichtung kann mit den gebräuchlichen Materialsystemen aus Glas, Metall, Polymeren oder Keramiken betrieben werden. With regard to the usable materials that are commonly used in microfluidics, the multiport bus plug according to the invention is subject to no restrictions, which represents a further advantage. The device can be operated with the usual material systems made of glass, metal, polymers or ceramics.
Das System setzt an bekannten und etablierten Verbindungsstandards an. Das System sollte daher eine schnelle Akzeptanz bei den Anwendern erzielen, da keine aufwendigen zusätzlichen Geräte oder Vorrichtungen notwendig sind. Das System bringt nur die Oberflächen des mikrofluidischen Systems in Kontakt mit den durch das System zu fördernden Flüssigkeiten. Insbesondere sind keine Dichtmaterialien oder ähnliches notwendig, die Proben kontaminieren und das System damit unbrauchbar für eine Vielzahl von Anwendungen machen. The system uses known and established connection standards. The system should therefore achieve rapid acceptance by the users, since no expensive additional equipment or devices are necessary. The system only brings the surfaces of the microfluidic system into contact with the fluids to be pumped through the system. In particular, no sealing materials or the like are necessary to contaminate the samples and render the system unusable for a variety of applications.
Das System ist nahezu beliebig auf die Anzahl der Verbindungen skalierbar und erfordert keine besondere Fertigungstechnik, der Körper des Bussteckers sowie das Kompressionselement sind einfach zu fertigende Komponenten und daher geeignet für den Massenmarkt. The system is almost arbitrary scalable to the number of connections and requires no special manufacturing technology, the body of the bus connector and the compression element are easy to manufacture components and therefore suitable for the mass market.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und der Figuren näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments and the figures.
Fig. 1 zeigt schematisch das Prinzip der Erfindung.  Fig. 1 shows schematically the principle of the invention.
In Fig. 2 ist ein mechanisches Ersatzmodell des Kompressionskörpers dargestellt. Fig. 3 enthält eine schematische Darstellung einer Ausführform der Erfindung.  2, a mechanical replacement model of the compression body is shown. Fig. 3 contains a schematic representation of an embodiment of the invention.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist ein starrer Volumenkörper 1 mit einem Kompressionselement 2 verbunden. In einer bevorzugten Ausführform, wird das Kompressionselement 2 durch Federelemente 21 gebildet. Dabei wurde die Anschlussstelle 3 so ausgeführt, dass die bisher als starr gehaltenen Anschlussstellen durch flexible Elemente ersetzt werden. Das in der Fig. 1 gezeigte Prinzip der Erfindung umfasst fluidische Zuleitungen 4, z.B. als PTFE Schläuche ausgeführt, die mit Flanschen 5 versehen sind. Die Vorspannung auf die Flansche 5 der PTFE Schläuche 4 erfolgt in der gezeigten Ausführform nicht mehr durch einen Festkörper sondern durch ein Federelement 21. Dieses Federelement 21 kann nach Vollkontakt des Flansches 5 mit dem mikrofluidischen System 6 weiter komprimiert werden. Auf diese Weise ist es möglich, die verbleibenden Anschlussstellen 3 soweit zu komprimieren, dass sie einen Formschluss mit der mikrofluidischen Systemkomponente 6 aufbauen. Der notwendige Kraftaufwand zum fluidisch dichten Verschließen der mikrofluidischen Systemkomponente 6 wird auf diese Weise minimiert.  As shown in FIG. 1, a rigid solid 1 is connected to a compression element 2. In a preferred embodiment, the compression element 2 is formed by spring elements 21. The connection point 3 was designed so that the previously held as rigid connection points are replaced by flexible elements. The principle of the invention shown in Fig. 1 comprises fluidic conduits 4, e.g. designed as PTFE hoses, which are provided with flanges 5. The bias on the flanges 5 of the PTFE tubing 4 takes place in the embodiment shown no longer by a solid but by a spring element 21. This spring element 21 can be further compressed after full contact of the flange 5 with the microfluidic system 6. In this way, it is possible to compress the remaining connection points 3 to such an extent that they form a positive connection with the microfluidic system component 6. The necessary force for the fluidic sealing of the microfluidic system component 6 is minimized in this way.
In Fig. 2 ist das mechanische Ersatzmodell des Kompressionskörpers 2 dargestellt. Das Federelement 21 mit der Federkonstante cweiCh wird dabei gemäß der Konstruktion mit dem Volumenkörper 1 mit dem Element mit der Federkonstante cstarr 11, in Reihe geschaltet. Wird eine solche in Reihe geschaltete Federkette 11,21 mit einer Kraft beaufschlagt, so wird zunächst die weichere Feder 21 komprimiert. Dabei wird die ursprüngliche Höhe der weichen Feder 21 von hweich,o auf hweich, 1 reduziert, wogegen die ursprüngliche Höhe des starren Elements 11 hstarr,o als hstarr,1 nahezu unverändert erhalten bleibt. Auf diese Weise ist ein Ausgleich der ursprünglichen Höhe von mehreren einzelnen Federelementen mit den Höhen hweich,o bis hweich, i möglich. Die zusätzlich eingebrachte Kraft schließt die fluidischen Dichtungen zunächst der Reihe nach, gemäß ihrer ursprünglichen Höhe. Sobald alle Federelemente geschlossen wurden und die einzelnen weichen Federn auf die maximale Kompression verringert wurden, erfolgt die Krafteinleitung nahezu homogen über die gesamte Anzahl der einzelnen Schlusselemente . 2, the mechanical replacement model of the compression body 2 is shown. The spring element 21 with the spring constant c we i Ch is doing so according to the construction with the solid 1 with the element with the spring constant c rigid 11, connected in series. If such a serially connected spring chain 11, 21 is acted upon by a force, the softer spring 21 is first compressed. The original height of the soft spring 21 is reduced from h soft , o to h soft , 1, whereas the original height of the rigid element 11 h rigid , o as h rigid , 1 remains almost unchanged. In this way, a compensation of the original height of several individual spring elements with the heights h soft , o to h soft , i possible. The additional applied force first closes the fluidic seals sequentially according to their original height. Once all the spring elements have been closed and the individual soft springs have been reduced to the maximum compression, the force is introduced almost homogeneously over the entire number of individual closing elements.
In Fig. 3 ist der prinzipielle schematische Aufbau einer Ausführform des Kompressionskörpers 2 mit einer angeschlossenen mikrofluidischen Systemkomponente 6 gezeigt. Die Fig. 3 zeigt eine mikrofluidische Systemkomponente 6 mit einer mikrofluidischen Kanalstruktur 7, die paarweise zwei Zuleitungen 4 miteinander verbindet. Ein Trägerelement 8 weist geeignete Bohrungen 9 zur Aufnahme von Schrauben 10 auf. Die Schrauben 10 erzeugen die notwendige Kraft, um das Kompressionselement 2 zu komprimieren und folglich die fluidische Dichtung zu verschließen. Dadurch werden die fluidischen Zuleitungen 4 mit den in der Figur nicht gezeigten Flanschen fluidisch dicht mit der FIG. 3 shows the basic schematic structure of an embodiment of the compression body 2 with a connected microfluidic system component 6. FIG. 3 shows a microfluidic system component 6 with a microfluidic channel structure 7, which connects two supply lines 4 in pairs. A carrier element 8 has suitable holes 9 for receiving screws 10. The screws 10 provide the necessary force to compress the compression element 2 and thus close the fluidic seal. As a result, the fluidic supply lines 4 with the flanges not shown in the figure fluidly sealed with the
mikrofluidischen Systemkomponente 6 verbunden. microfluidic system component 6 connected.
Im Hinblick auf die Anwendung in der Mikrofluidik liegt ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen mikrofluidischen Multiport- Bussteckers in der begrenzten Anzahl von Komponenten. Deshalb wird in der bevorzugten Ausführform ein kompressibler Volumenkörper eingesetzt. Dieser besteht vorzugsweise aus einem komprimierbaren thermoplastischen Kunststoff, einem geschäumten Verbundwerkstoff oder vergleichbaren kompressiblem Materialien. Bezugszeichenliste With regard to the application in microfluidics, a particular advantage of the microfluidic multiport bus connector according to the invention lies in the limited number of components. Therefore, in the preferred embodiment, a compressible solid is used. This preferably consists of a compressible thermoplastic, a foamed composite material or comparable compressible materials. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Volumenkörper 1 solid
2 Kompressionskörper  2 compression bodies
3 mikrofluidische Anschlussstelle 3 microfluidic connection point
4 fluidische Zuleitung 4 fluidic supply line
5 Flansch  5 flange
6 mikrofluidische Systemkomponente 6 microfluidic system component
7 mikrofluidische Kanalstruktur7 microfluidic channel structure
8 Trägerelement 8 carrier element
9 Bohrung  9 hole
10 Schraube  10 screw
11 starres Element  11 rigid element
21 Federelement  21 spring element

Claims

Patentansprüche : Claims:
1. Mikrofluidischer Multiport-Busstecker umfassend 1. comprising a multi-port microfluidic bus connector
- ein mikrofluidisches System (6) mit einer Vielzahl von fluidischen Einlassöff ungen ( 3 }  a microfluidic system (6) with a multiplicity of fluidic inlet openings (3)
- eine Vielzahl von fluidischen Zuleitungen (4) mit flansch- förmigen Austrittsenden (5)  - A plurality of fluidic supply lines (4) with flange-shaped outlet ends (5)
- eine Trägerkomponente (8) zur parallelen Aufnahme der Austrittsenden korrespondierend zu den fluidischen Einlassöffnungen (3)  a carrier component (8) for receiving the outlet ends in parallel corresponding to the fluidic inlet openings (3)
- Anpressmittel (2) für die Trägerkomponente (8 ) auf das mikrofluidische System (6) dadurch gekennzeichnet, dass,  - contact pressure means (2) for the carrier component (8) on the microfluidic system (6), characterized in that
die Trägerkomponente (8) je Aufnahme mindestens ein auf den Flansch (5) einwirkendes Kompressionselement (2) aufweist, wobei jedes Kompressionselement (2) mindestens zwei hintereinander geschaltete Elemente umfasst und wobei eines der Elemente die Trägerkomponente (8) umfasst und mindestens ein weiteres Element eine höhere elastische Kompressibilität als die Trägerkomponente aufweist .  the carrier component (8) has at least one compression element (2) acting on the flange (5), each compression element (2) comprising at least two elements connected in series and one of the elements comprising the carrier component (8) and at least one further element has a higher elastic compressibility than the carrier component.
2. Mikrofluidischer Multiport-Busstecker nach Anspruch 1, 2. Microfluidic multiport bus connector according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass,  characterized in that
die Vielzahl der fluidischen Verbindungselemente, umfassend die fluidischen Zuleitungen und die flanschförmigen Austrittsen- den(4,5), mit den Kompressionselementen (2) derart ausgestaltet ist, dass kein direkter Kontakt zwischen einem zu analysierendem Fluid und den Kompressionselementen (2) besteht.  the plurality of fluidic connection elements, comprising the fluidic supply lines and the flange-shaped outlet ends (4, 5), are configured with the compression elements (2) such that there is no direct contact between a fluid to be analyzed and the compression elements (2).
3. Mikrofluidischer Multiport-Busstecker nach einem der An- Sprüche 1 oder 2 , 3. Microfluidic multiport bus connector according to one of the claims 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass,  characterized in that
die Kompressionselemente (2) aus einem komprimierbaren Kunststoff bestehen. Mikrofluidischer Multiport-Busstecker nach einem der An- Sprüche 1 oder 2, the compression elements (2) consist of a compressible plastic. Microfluidic multiport bus connector according to one of claims 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass, characterized in that
die Kompressionselemente (2) aus einem geschäumten Verbundwerkstoff bestehen. the compression elements (2) consist of a foamed composite material.
Mikrofluidischer Multiport-Busstecker nach einem der An- Sprüche 1 oder 2, Microfluidic multiport bus connector according to one of claims 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass, characterized in that
die Kompressionselemente (2) in Form von Federn ausgeführt sind. the compression elements (2) are designed in the form of springs.
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