DE102012220403A1 - Microfluidic peristaltic pump, method and pumping system - Google Patents

Microfluidic peristaltic pump, method and pumping system Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine mikrofluidische peristaltische Pumpe (100), welche einen Zulaufkanal (10), eine erste Pumpkammer (20), welche über einen ersten Kanal (30) mit dem Zulaufkanal (10) wirkverbunden ist, und eine erste Membran (40), eine zweite Pumpkammer (50), welche über einen zweiten Kanal (60) mit dem Zulaufkanal (10) wirkverbunden ist, und eine zweite Membran (70) aufweist, wobei der fluidische Widerstand des ersten Kanals (30) von dem fluidischen Widerstand des zweiten Kanals (60) verschieden ist, und dabei jeder Kanal (30, 60) eine Drosselfunktion realisiert, so dass die jeweiligen Membranen (40, 70) beim Anliegen eines Drucks in dem Zulaufkanal (10) in einer zeitlichen Abfolge zum Realisieren einer Pumpfunktion ausgelenkt werden.The invention relates to a microfluidic peristaltic pump (100) which has an inlet channel (10), a first pump chamber (20) which is operatively connected to the inlet channel (10) via a first channel (30), and a first membrane (40), a second pumping chamber (50) which is operatively connected to the inlet channel (10) via a second channel (60) and has a second membrane (70), the fluidic resistance of the first channel (30) being different from the fluidic resistance of the second channel (60) is different, and each channel (30, 60) realizes a throttle function so that the respective membranes (40, 70) are deflected in a time sequence to realize a pumping function when pressure is applied in the inlet channel (10).

Description

Stand der TechnikState of the art

Zur Prozessierung von mikrofluidischen Abläufen in miniaturisierten Diagnosesystemen (Labs-on-a-Chip, LOCs) werden u. a. auch Mikropumpen auf dem LOC integriert. Neben der Vermeidung einer Kontamination von externen Pumpen mit Probenflüssigkeiten ergibt sich hierdurch insbesondere der Vorteil, dass auch sehr kleine Probenmengen und kleine Pumpraten günstig realisierbar sind.For the processing of microfluidic processes in miniaturized diagnostic systems (Labs-on-a-Chip, LOCs) u. a. also integrated micropumps on the LOC. In addition to the avoidance of contamination of external pumps with sample liquids, this results in particular the advantage that even very small amounts of sample and small pumping rates are low feasible.

Aus dem Stand der Technik sind allgemein als Vertreter unterschiedlicher Bauweisen bereits elektroosmotische Pumpen, Membranpumpen kombiniert mit Ventilen, mikromechanische peristaltische Pumpen, elektrisch aktuierte peristaltische Pumpen und thermo-pneumatisch aktuierte peristaltische Pumpen bekannt.From the state of the art, electroosmotic pumps, diaphragm pumps combined with valves, micromechanical peristaltic pumps, electrically actuated peristaltic pumps and thermo-pneumatically actuated peristaltic pumps are generally known as representatives of different designs.

Die US 7 217 367 B2 beschreibt ein System für die mikrofluidische Chromatographie, bei dem eine mikrofluidische peristaltische Pumpe verwendet wird. Die einzelnen Pumpkammern der Pumpe werden jeweils über ein zugehöriges Ventil angesteuert, so dass sich der Herstellungsaufwand entsprechend erhöht.The US Pat. No. 7,217,367 B2 describes a system for microfluidic chromatography using a microfluidic peristaltic pump. The individual pumping chambers of the pump are each controlled via an associated valve, so that the production cost increases accordingly.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die in dem Anspruch 1 definierte mikrofluidische peristaltische Pumpe sowie das in Anspruch 11 definierte Pumpsystem weist gegenüber herkömmlichen Lösungen den Vorteil auf, dass durch die Wirkung der einzelnen Kanäle als Drosseln im (pneumatischen) Pfad zu den Pumpkammern nunmehr nur ein einziges integriertes Ventil bzw. nur eine einzige Schnittstelle zur Außenwelt für sämtliche Pumpkammern notwendig ist, während bei herkömmlichen pneumatischen peristaltischen Pumpen jede Pumpkammer einzeln mit Hilfe eines zugehörigen Ventils aktuiert werden muss. Aufgrund dieser Vereinfachung in der Bauweise der erfindungsgemäßen Pumpe ergeben sich sowohl für die LOCs als auch die externe Ansteuerungseinheit niedrigere Kosten, sowie eine erhöhte Zuverlässigkeit. Bei der Verwendung eines Schichtaufbaus mit Polymersubstraten und einer Polymermembran wird eine besonders kostengünstige Realisierung von kleinsten Strukturen ermöglicht, welche zur Drosselung von Gasen notwendig sind.The microfluidic peristaltic pump defined in claim 1 and the pumping system defined in claim 11 has the advantage over conventional solutions that now only a single integrated valve or only by the action of the individual channels as throttles in the (pneumatic) path to the pumping chambers a single interface to the outside world is necessary for all pumping chambers, whereas in conventional pneumatic peristaltic pumps each pumping chamber must be individually actuated by means of an associated valve. Due to this simplification in the construction of the pump according to the invention results in both the LOCs and the external drive unit lower costs, as well as increased reliability. When using a layer structure with polymer substrates and a polymer membrane, a particularly cost-effective realization of the smallest structures is possible, which are necessary for the throttling of gases.

Im Gegensatz zu bekannten Pumpen kann die Anzahl an Pumpkammern beliebig erhöht werden, ohne dass zusätzliche Schnittstellen nach außen oder zusätzliche Ventile notwendig werden.In contrast to known pumps, the number of pumping chambers can be arbitrarily increased, without additional interfaces to the outside or additional valves are necessary.

Im Gegensatz zu bekannten Pumpen ist es durch eine geschickte Auslegung der Pumpkammern und der integrierten Drosseln möglich, gezielt mehr als nur eine einzige Pumpe über die Umschaltfrequenz des steuernden Ventils zu aktivieren bzw. zu deaktivieren. Beispielsweise weist dabei eine Pumpe eine Tiefpasscharakteristik auf und wird bei niedrigen Umschaltfrequenzen aktiviert, und eine weitere Pumpe weist eine Hochpasscharakteristik auf und wird bei hohen Umschaltfrequenzen aktiviert. In diesem Falle ist auch bei mehreren Pumpen nur ein einziges Ventil bzw. eine einzige Schnittstelle zur Außenwelt notwendig.In contrast to known pumps, it is possible by a clever design of the pumping chambers and the integrated throttles to specifically activate or deactivate more than just a single pump via the switching frequency of the controlling valve. For example, one pump has a low-pass characteristic and is activated at low switching frequencies, and another pump has a high-pass characteristic and is activated at high switching frequencies. In this case, even with multiple pumps only a single valve or a single interface to the outside world is necessary.

Unter einem (Zulauf)kanal soll eine Struktur verstanden werden, welche eine röhrenartige Verbindung realisiert, und kann zum Beispiel als ein (mikrofluidischer) Strömungskanal in einem Schichtaufbau oder als eine separate Leitung, zum Beispiel in der Art eines Schlauchs oder eines Röhrchens, ausgebildet sein.By a (inflow) channel is meant a structure that realizes a tubular connection, and may be formed, for example, as a (microfluidic) flow channel in a layered construction or as a separate conduit, for example in the manner of a tube or a tube ,

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen mikrofluidischen peristaltischen Pumpe wird der fluidische Widerstand eines Kanals bei konstantem Querschnitt im Wesentlichen durch dessen Länge bestimmt. Somit wirkt der Kanal wie eine (pneumatische) Drossel, welche in dem Kanal integriert ist, wodurch sich das Auslenken der Membran einer Pumpkammer in definierte Kavitäten durch die integrierten Drosseln zeitlich steuern lässt.According to a further embodiment of the microfluidic peristaltic pump according to the invention, the fluidic resistance of a channel at a constant cross section is determined essentially by its length. Thus, the channel acts as a (pneumatic) throttle, which is integrated in the channel, whereby the deflection of the diaphragm of a pumping chamber into defined cavities can be controlled in time by the integrated throttles.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen mikrofluidischen peristaltischen Pumpe sind die erste Membran und die zweite Membran aus einer Polymermembran ausgebildet. Hierbei wird lediglich eine einzige Polymermembran verwendet, wobei die einzelnen Membranen der jeweiligen Pumpkammern durch eine lokale Auslenkung dieser Polymermembran realisiert sind. Somit können die beiden Membranen als ein integrales Bauteil ausgebildet werden. Die Polymermembran kann zum Beispiel aus einem Elastomer, einem thermoplastischen Elastomer, Thermoplasten oder einer Schmelzklebefolie gebildet sein. Die Dicke der Polymermembran kann zwischen 5 µm bis 300 µm betragen.According to a further embodiment of the microfluidic peristaltic pump according to the invention, the first membrane and the second membrane are formed from a polymer membrane. Here, only a single polymer membrane is used, wherein the individual membranes of the respective pumping chambers are realized by a local deflection of this polymer membrane. Thus, the two membranes can be formed as an integral component. The polymer membrane can be formed, for example, from an elastomer, a thermoplastic elastomer, thermoplastics or a hot melt adhesive film. The thickness of the polymer membrane can be between 5 .mu.m and 300 .mu.m.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen mikrofluidischen peristaltischen Pumpe können die erste Membran und die zweite Membran in einen Strömungskanal ausgelenkt werden, welcher in einem ersten Polymersubstrat ausgebildet ist. Für die Realisierung der erfindungsgemäßen mikrofluidischen peristaltischen Pumpe bietet wie oben stehend beschrieben die Verwendung eines polymeren Schichtaufbaus in Verbindung mit einer Polymermembran für die einzelnen Membranen der Pumpkammern wesentliche Vorteile im Hinblick auf deren kostengünstige Herstellung. Das Polymersubstrat kann aus Thermoplasten, wie zum Beispiel PC, PP, PE, PMMA, COP, COC gebildet sein. Die Dicke des Polymersubstrats kann zwischen 0,5 mm bis 5 mm betragen. Der Durchmesser der Kanäle zur Verbindung mit der Pumpkammer in einem Polymersubstrat kann zwischen 200 µm bis 3 mm betragen.According to a further embodiment of the microfluidic peristaltic pump according to the invention, the first membrane and the second membrane can be deflected into a flow channel, which is formed in a first polymer substrate. For the realization of the microfluidic peristaltic pump according to the invention, as described above, the use of a polymeric layer structure in conjunction with a polymer membrane for the individual membranes of the pumping chambers offers significant advantages with regard to their cost-effective production. The polymer substrate may be formed from thermoplastics such as PC, PP, PE, PMMA, COP, COC. The thickness of the polymer substrate can be between 0.5 mm to 5 mm. The diameter of the channels for connection to the pumping chamber in a polymer substrate may be between 200 μm to 3 mm.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen mikrofluidischen peristaltischen Pumpe können die Pumpkammern als Aufweitungen ausgebildet sein. Die Aufweitungen können sich dabei zum Beispiel in das Polymersubstrat erstrecken. Hierbei kann der Querschnitt der Pumpkammern aufgrund einer Aufweitung entlang einer Richtung veränderlich sein. Das Volumen einer Pumpkammer kann zwischen 1 mm3 bis 1000 mm3 betragen.According to a further embodiment of the microfluidic peristaltic pump according to the invention, the pump chambers may be formed as widenings. The widenings may extend, for example, into the polymer substrate. In this case, the cross-section of the pump chambers may be variable due to an expansion along one direction. The volume of a pumping chamber can be between 1 mm 3 to 1000 mm 3 .

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen mikrofluidischen peristaltischen Pumpe kann die erste Pumpkammer im Wesentlichen denselben Querschnitt wie ein an die erste Pumpkammer angeschlossener Zulauf aufweisen, und die zweite Pumpkammer im Wesentlichen denselben Querschnitt wie ein an die zweite Pumpkammer angeschlossener Ablauf aufweisen. Dadurch kann in vorteilhafter Weise die Herstellung der Pumpkammern und der zugehörigen Zu- und Abläufe vereinfacht werden. Die erfindungsgemäße mikrofluidische peristaltische Pumpe kann ein Fluid sowohl in Richtung von dem Zulauf zu dem Ablauf, als auch bei einer entsprechenden Ansteuerung der Pumpkammern in Richtung von dem Ablauf zu dem Zulauf fördern und bewegen.According to a further embodiment of the microfluidic peristaltic pump according to the invention, the first pumping chamber may have substantially the same cross section as an inlet connected to the first pumping chamber, and the second pumping chamber may have substantially the same cross section as a drain connected to the second pumping chamber. As a result, the production of the pump chambers and the associated inlets and outlets can be simplified in an advantageous manner. The microfluidic peristaltic pump according to the invention can convey and move a fluid both in the direction from the inlet to the outlet and in a corresponding activation of the pumping chambers in the direction from the outlet to the inlet.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen mikrofluidischen peristaltischen Pumpe können der erste Kanal und der zweite Kanal in der Polymermembran ausgebildet sein. Die Kanäle werden hierbei durch Ausnehmungen in der Polymermembran gebildet, so dass die Höhe der Kanäle durch die Dicke der Polymermembran festgelegt wird, wodurch sich sehr flache Kanäle realisieren lassen. Der Durchmesser der Kanäle in einer Polymermembran kann zwischen 1 µm bis 100 µm betragen.According to a further embodiment of the microfluidic peristaltic pump according to the invention, the first channel and the second channel may be formed in the polymer membrane. The channels are in this case formed by recesses in the polymer membrane, so that the height of the channels is determined by the thickness of the polymer membrane, which can be realized very shallow channels. The diameter of the channels in a polymer membrane can be between 1 .mu.m and 100 .mu.m.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen mikrofluidischen peristaltischen Pumpe können der erste Kanal und der zweite Kanal in einer zweiten Polymermembran ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die beiden Polymermembrane separat ausgebildet und beabstandet zueinander auf unterschiedlichen Ebenen angeordnet. Die hat insbesondere den Vorteil, dass für die Kanäle eine andere Polymermembran als die für die Auslenkung der Pumpkammern zuständige Polymermembran verwendet werden kann. So kann die Polymermembran für die Kanäle beispielsweise besonders dünn (hoher fluidischer Widerstand für die Drosselkanäle) und die Polymermembran für die Pumpkammern dicker (verbesserte Zuverlässigkeit beim Pumpen) gewählt werden. Zusätzlich kann die Pumpeinheit mit den Kanälen auf einer deutlich kleineren Grundfläche hergestellt werden, da die Kanäle auch über den Pumpkammern verlaufen können.According to a further embodiment of the microfluidic peristaltic pump according to the invention, the first channel and the second channel may be formed in a second polymer membrane. Preferably, the two polymer membranes are formed separately and spaced from each other at different levels. This has the particular advantage that a different polymer membrane than the polymer membrane responsible for the deflection of the pumping chambers can be used for the channels. For example, the polymer membrane for the channels may be chosen to be particularly thin (high fluidic resistance for the throttle channels) and the polymer membrane for the pumping chambers thicker (improved pumping reliability). In addition, the pumping unit can be made with the channels on a much smaller footprint, as the channels can also run over the pumping chambers.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen mikrofluidischen peristaltischen Pumpe können die Kanäle mit den Pumpkammern über Durchgangslöcher wirkverbunden sein. Bei dieser Gestaltung ergeben sich in Verbindung mit der vorstehend beschriebenen Trennung der Polymermembranen für die Kanäle und die Pumpkammern Vorteile bei der Herstellung der Strukturen zur Verbindung von Kanälen und Pumpkammern, da diese mit Hilfe von Durchgangslöchern realisiert werden können.According to a further embodiment of the microfluidic peristaltic pump according to the invention, the channels can be operatively connected to the pumping chambers via through-holes. In this design, in combination with the above-described separation of the polymer membranes for the channels and the pumping chambers, there are advantages in producing the structures for connecting channels and pumping chambers, since these can be realized by means of through-holes.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen mikrofluidischen peristaltischen Pumpe kann der Zulaufkanal in einem dritten Polymersubstrat ausgebildet sein, welches oberhalb der zweiten Polymermembran angeordnet ist. Hierbei wird insbesondere bei getrennten Polymermembranen der Kanäle und der Pumpkammern für eine stabile und zuverlässige Anbindung des Zulaufkanals gesorgt.According to a further embodiment of the microfluidic peristaltic pump according to the invention, the feed channel can be formed in a third polymer substrate, which is arranged above the second polymer membrane. In this case, in particular in the case of separate polymer membranes of the channels and of the pump chambers, a stable and reliable connection of the inlet channel is ensured.

Des Weiteren wird ein Pumpsystem beansprucht, aufweisend eine erste mikrofluidische peristaltische Pumpe und eine zweite mikrofluidische Pumpe, wobei die erste und die zweite Pumpe mit dem Zulaufkanal verbunden sind, und sich für die erste und die zweite Pumpe die jeweiligen Produkte aus dem fluidischen Widerstand eines Kanals und der fluidischen Kapazität der zugehörigen Pumpkammer voneinander unterscheiden, wobei eine Pumpe eine Tiefpasscharakteristik aufweist und eine andere Pumpe eine Hochpasscharakteristik aufweist. Dabei gilt folgender Zusammenhang: Rij·Cij ≠ Ri+1j+1·Ci+1j+1. Der Index i beschreibt dabei die jeweilige Pumpe des Pumpsystems und der Index j beschreibt die jeweilige Pumpkammer innerhalb der zugehörigen Pumpe i. So weist beispielsweise eine erste Pumpe eine Tiefpasscharakteristik auf und wird bei niedriger/n Aktuierungsfrequenz(en) aktiviert, und eine zweite Pumpe weist eine Hochpasscharakteristik auf und wird bei hoher/n Aktuierungsfrequenz(en) aktiviert.Furthermore, a pump system is claimed, comprising a first microfluidic peristaltic pump and a second microfluidic pump, wherein the first and the second pump are connected to the inlet channel, and for the first and the second pump, the respective products of the fluidic resistance of a channel and the fluidic capacity of the associated pumping chamber differ from each other, wherein one pump has a low-pass characteristic and another pump has a high-pass characteristic. The following relationship applies: R ij · C ij ≠ R i + 1 j + 1 · C i + 1 j + 1 . The index i describes the respective pump of the pumping system and the index j describes the respective pumping chamber within the associated pump i. For example, a first pump has a low pass characteristic and is activated at low actuation frequency (s), and a second pump has a high pass characteristic and is activated at high actuation frequency (s).

Des Weiteren wird ein Verfahren zum Betreiben einer mikrofluidischen peristaltischen Pumpe beansprucht, welche einen Zulaufkanal, eine erste Pumpkammer, welche über einen ersten Kanal mit dem Zulaufkanal wirkverbunden ist, und eine erste Membran, eine zweite Pumpkammer, welche über einen zweiten Kanal mit dem Zulaufkanal wirkverbunden ist, und eine zweite Membran aufweist, wobei der fluidische Widerstand des ersten Kanals von dem fluidischen Widerstand des zweiten Kanals verschieden ist, aufweisend die Schritte des Realisieren einer Drosselfunktion von jedem Kanal, so dass die jeweiligen Membranen beim Anliegen eines Drucks in dem Zulaufkanal in einer zeitlichen Abfolge zum Realisieren einer Pumpfunktion ausgelenkt werden.Furthermore, a method for operating a microfluidic peristaltic pump is claimed, which has an inlet channel, a first pumping chamber, which is operatively connected to the inlet channel via a first channel, and a first membrane, a second pumping chamber, which operatively connected via a second channel with the inlet channel , and having a second membrane, wherein the fluidic resistance of the first channel is different from the fluidic resistance of the second channel, comprising the steps of realizing a throttling function of each channel, so that the respective membranes upon application of a pressure in the Inlet channel are deflected in a time sequence for realizing a pumping function.

Das beanspruchte Verfahren weist den Vorteil auf, dass durch die Wirkung der einzelnen Kanäle als Drosseln im (pneumatischen) Pfad zu den Pumpkammern nunmehr nur ein einziges integriertes Ventil bzw. nur eine einzige Schnittstelle zur Außenwelt für sämtliche Pumpkammern notwendig ist, während bei herkömmlichen pneumatischen peristaltischen Pumpen jede Pumpkammer einzeln mit Hilfe eines zugehörigen Ventils aktuiert werden muss. Aufgrund dieser Vereinfachung in der Funktionsweise der zugehörigen erfindungsgemäßen Pumpe ergeben sich sowohl für die LOCs als auch die externe Ansteuerungseinheit niedrigere Kosten, sowie eine erhöhte Zuverlässigkeit.The claimed method has the advantage that due to the effect of the individual channels as throttles in the (pneumatic) path to the pumping chambers now only a single integrated valve or only a single interface to the outside world for all pumping chambers is necessary, while in conventional pneumatic peristaltic Pumps each pumping chamber must be individually actuated by means of an associated valve. Due to this simplification in the functioning of the associated pump according to the invention, both the LOCs and the external drive unit are subject to lower costs and increased reliability.

Die benötigten Strukturen in den Polymersubstraten und -membranen können beispielsweise durch Fräsen, Spritzguss, Heißprägen, Stanzen oder Laserstrukturierung hergestellt werden.The required structures in the polymer substrates and membranes can be produced for example by milling, injection molding, hot stamping, stamping or laser structuring.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die vorliegende Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen erklärt. Es zeigt dabeiThe present invention will be explained with reference to the accompanying drawings. It shows

1: eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen mikrofluidischen peristaltischen Pumpe, 1 FIG. 2: a schematic view of a microfluidic peristaltic pump according to the invention, FIG.

2: eine Draufsicht einer mikrofluidischen peristaltischen Pumpe gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 2 FIG. 2: a top view of a microfluidic peristaltic pump according to a first embodiment of the present invention, FIG.

3: eine Schnittansicht der mikrofluidischen peristaltischen Pumpe von 2 entlang der Linie A-A, 3 FIG. 3: a sectional view of the microfluidic peristaltic pump of FIG 2 along the line AA,

4: eine Schnittansicht der mikrofluidischen peristaltischen Pumpe von 2 entlang der Linie B-B, 4 FIG. 3: a sectional view of the microfluidic peristaltic pump of FIG 2 along the line BB,

5: eine Draufsicht einer mikrofluidischen peristaltischen Pumpe gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 5 FIG. 2: a plan view of a microfluidic peristaltic pump according to a second embodiment of the present invention, and FIG

6: eine Schnittansicht der mikrofluidischen peristaltischen Pumpe von 5 entlang der Linie C-C. 6 FIG. 3: a sectional view of the microfluidic peristaltic pump of FIG 5 along the line CC.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen mikrofluidischen peristaltischen Pumpe 100 in Verbindung mit dem Ablauf eines Pumpvorgangs der erfindungsgemäßen Pumpe 100. 1 shows a schematic view of a microfluidic peristaltic pump according to the invention 100 in connection with the course of a pumping operation of the pump according to the invention 100 ,

Die erfindungsgemäße mikrofluidische peristaltische Pumpe 100 wird über zwei pneumatische Eingänge 5 und 8 mit Druckluft zum Aktuieren der n Pumpkammern 20, 50, 51, 52 und Atmosphärendruck oder Vakuum versorgt. Die pneumatischen Eingänge 5 und 8 sind jeweils durch ein erstes Ventil 1 und ein zweites Ventil 2 von einem Zulaufkanal 10 getrennt, welcher sich in n Kanäle 30, 60, 61, 62 aufteilt. Der Zulaufkanal 10 und die Kanäle 30, 60, 61, 62 können unabhängig voneinander als ein mikrofluidischer Strömungskanal in einem Schichtaufbau oder als eine separate Leitung, zum Beispiel in der Art eines Schlauchs oder Röhrchens, ausgebildet sein. Jeder Kanal 30, 60, 61, 62 weist einen spezifischen fluidischen Widerstand R1 bis Rn auf, wobei R1 < R2 < ... < Ri < ... < Rn für i = 1 ... n. The microfluidic peristaltic pump according to the invention 100 is via two pneumatic inputs 5 and 8th with compressed air to actuate the n pumping chambers 20 . 50 . 51 . 52 and atmospheric pressure or vacuum supplied. The pneumatic inputs 5 and 8th are each through a first valve 1 and a second valve 2 from an inlet channel 10 separated, which is in n channels 30 . 60 . 61 . 62 divides. The inlet channel 10 and the channels 30 . 60 . 61 . 62 may independently of one another be designed as a microfluidic flow channel in a layer structure or as a separate conduit, for example in the manner of a hose or tube. Every channel 30 . 60 . 61 . 62 has a specific fluidic resistance R 1 to R n , wherein R 1 <R 2 <... <R i <... <R n for i = 1 ... n.

Die Kanäle 30, 60, 61, 62 sind verbunden mit den n Pumpkammern 20, 50, 51, 52, welche durch eine flexible Membran 40, beispielsweise einer Polymermembran, von den zuführenden Kanälen getrennt sind. Die Pumpkammern 20, 50, 51, 52 sind untereinander fluidisch verbunden. An die erste Pumpkammer 20 ist außerdem ein fluidischer Zulauf 200 und an die n-te Pumpkammer 52 ist ein Ablauf 300 angeschlossen. Die Pumpkammern 20, 50, 51, 52 sind als Aufweitungen ausgeführt. Alternativ dazu können die Pumpkammern 20, 50, 51, 52 denselben Querschnitt wie der Zulauf 200 bzw. wie der Ablauf 300 haben.The channels 30 . 60 . 61 . 62 are connected to the n pumping chambers 20 . 50 . 51 . 52 passing through a flexible membrane 40 , For example, a polymer membrane, are separated from the feeding channels. The pumping chambers 20 . 50 . 51 . 52 are fluidly interconnected. To the first pumping chamber 20 is also a fluidic inlet 200 and to the nth pumping chamber 52 is a process 300 connected. The pumping chambers 20 . 50 . 51 . 52 are executed as widenings. Alternatively, the pumping chambers 20 . 50 . 51 . 52 the same cross section as the inlet 200 or how the process 300 to have.

Die Ventile 1 und 2 werden so geschaltet, dass entweder der pneumatische Zugang 5 oder 8 mit dem dahinterliegenden fluidischen Netzwerk verbunden ist (statt zwei Ventilen 1 und 2 kann auch ein einzelnes Umschaltventil benutzt werden). Wird an den Zugang 1 ein Überdruck und der Zugang 8 an Atmosphäre angeschlossen und der Überdruck an das fluidische Netzwerk übertragen, so führen die unterschiedlichen fluidischen Widerstände Ri in den Kanälen 30, 60, 61, 62 dazu, dass sich die flexible Polymermembran 40 in den Pumpkammern 20, 50, 51, 52 zeitlich verzögert auslenkt und das Fluid in Richtung des Ablaufs 300 gepumpt wird, bis die letzte Pumpkammer 52 voll ausgelenkt wurde. Die Kanäle 30, 60, 61, 62 mit den fluidischen Widerständen Ri wirken demnach als pneumatische Drosseln, wobei anstelle von Luft auch ein anderes Aktuierungsmedium verwendet werden kann, zum Beispiel ein Mineralöl.The valves 1 and 2 are switched so that either the pneumatic access 5 or 8th connected to the underlying fluidic network (instead of two valves 1 and 2 also a single changeover valve can be used). Will be at the entrance 1 an overpressure and access 8th connected to atmosphere and transfer the pressure to the fluidic network, so lead the different fluidic resistances R i in the channels 30 . 60 . 61 . 62 cause the flexible polymer membrane 40 in the pumping chambers 20 . 50 . 51 . 52 delayed in time and deflects the fluid in the direction of the process 300 is pumped until the last pumping chamber 52 was fully deflected. The channels 30 . 60 . 61 . 62 with the fluidic resistors R i thus act as pneumatic throttles, wherein instead of air, another Aktuierungsmedium can be used, for example, a mineral oil.

Werden anschließend die Ventile 1 und 2 umgeschaltet, so führen die Rückstellkräfte der Polymermembrane 40 in den jeweiligen Pumpkammern 20, 50, 51, 52 im Zusammenhang mit den unterschiedlichen fluidischen Widerständen Ri dazu, dass sich die Polymermembrane 40 in umgekehrter Reihenfolge entspannt, so dass das in Richtung des Ablaufs 300 verdrängte Fluid nicht zurücklaufen kann und aus der Richtung des Zulaufs 200 neues Fluid angesaugt wird. Anschließend kann durch Umschalten der Ventile 1, 2 der nächste Zyklus gestartet werden.Then become the valves 1 and 2 switched, so the restoring forces of the polymer membrane 40 in the respective pumping chambers 20 . 50 . 51 . 52 in connection with the different fluidic resistances R i , that the polymer membranes 40 Relaxed in reverse order, so that in the direction of the expiration 300 displaced fluid can not run back and out of the direction of the inlet 200 aspirated new fluid becomes. Subsequently, by switching the valves 1 . 2 the next cycle will be started.

In einer anderen nicht dargestellten Ausführungsform liegt der Anschluss 8 nicht auf Atmosphärendruck, sondern Unterdruck, um das Zurückziehen der Polymermembranen 40, 70 schneller und zuverlässiger durchführen zu können.In another embodiment, not shown, the connection is located 8th not to atmospheric pressure but negative pressure to retract the polymer membranes 40 . 70 faster and more reliable.

2 zeigt eine Draufsicht einer mikrofluidischen peristaltischen Pumpe 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 zeigt eine Schnittansicht der mikrofluidischen peristaltischen Pumpe von 2 entlang der Linie A-A, und 4 zeigt eine Schnittansicht der mikrofluidischen peristaltischen Pumpe von 2 entlang der Linie B-B. Bezugnehmend auf 2 bis 4 wird nun die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikrofluidischen peristaltischen Pumpe beschrieben werden. Diese und die nachfolgend beschriebene Ausführungsform weisen vorzugsweise laterale Abmessungen von 10 × 10 mm2 bis 200 × 200 mm2 der Pumpe auf. 2 shows a plan view of a microfluidic peristaltic pump 100 according to a first embodiment of the present invention. 3 shows a sectional view of the microfluidic peristaltic pump of 2 along the line AA, and 4 shows a sectional view of the microfluidic peristaltic pump of 2 along the line BB. Referring to 2 to 4 The first embodiment of the microfluidic peristaltic pump according to the invention will now be described. These and the embodiment described below preferably have lateral dimensions of 10 × 10 mm 2 to 200 × 200 mm 2 of the pump.

Die mikrofluidische peristaltische Pumpe 100 besteht aus einem Drei-Schicht-Aufbau aus einem ersten Polymersubstrat 80 und einem zweiten Polymersubstrat 90, welche durch eine flexible Polymermembran 110 voneinander getrennt sind. Das erste Polymersubstrat 80 weist einen pneumatischen Zugang 5 auf, welcher über einen Zulaufkanal 10 mit drei Kanälen 30, 60, 61 verbunden ist. Die Kanäle 30, 60, 61 werden durch Ausnehmungen in der Polymermembran 110 gebildet, so dass die Höhe der Kanäle 30, 60, 61 durch die Dicke der Polymermembran 110 definiert wird, wodurch sich sehr flache Kanäle realisieren lassen. Der fluidische Widerstand der Kanäle 30, 60, 61 wird in diesem Ausführungsbeispiel durch ihre unterschiedliche Länge festgelegt.The microfluidic peristaltic pump 100 consists of a three-layer structure of a first polymer substrate 80 and a second polymer substrate 90 passing through a flexible polymer membrane 110 are separated from each other. The first polymer substrate 80 has a pneumatic access 5 on, which via an inlet channel 10 with three channels 30 . 60 . 61 connected is. The channels 30 . 60 . 61 be through recesses in the polymer membrane 110 formed, so that the height of the channels 30 . 60 . 61 through the thickness of the polymer membrane 110 is defined, which can be realized very shallow channels. The fluidic resistance of the channels 30 . 60 . 61 is determined in this embodiment by their different lengths.

Die Kanäle 30, 60, 61 enden in Anschlusskanälen 31, 32, 33 im zweiten Polymersubstrat 90. Die Pumpkammern 20, 50, 51 weisen jeweils eine Membran 40, 70, 71 auf, welche die Pumpkammer von einem Strömungskanal 150 in dem ersten Polymersubstrat 80 trennt, in welchen sich die ausgelenkte Membran 40, 70, 71 erstreckt. Ein Überdruck führt durch den Mechanismus zu einer zeitlich verzögerten Auslenkung der Membrane 40, 70, 71 unterhalb der Anschlusskanäle 31, 32, 33. Hierzu sind die Membranen 40, 70, 71 in der direkten Umgebung zu den Anschlusskanälen 31, 32, 33 nicht mit dem zweiten Polymersubstrat 90 verbunden. Im Bereich zwischen den Anschlusskanälen 31, 32, 33 ist die Polymermembran jedoch derart mit dem zweiten Polymersubstrat 90 verbunden, dass die Verdrängungseinheiten der Pumpe 100 pneumatisch isoliert sind. Die Membranen 40, 70, 71 sind integral miteinander zu der Polymermembran 110 ausgebildet und bilden ein einziges Bauteil.The channels 30 . 60 . 61 ends in connection channels 31 . 32 . 33 in the second polymer substrate 90 , The pumping chambers 20 . 50 . 51 each have a membrane 40 . 70 . 71 on which the pumping chamber of a flow channel 150 in the first polymer substrate 80 separates, in which the deflected membrane 40 . 70 . 71 extends. An overpressure leads through the mechanism to a time-delayed deflection of the membrane 40 . 70 . 71 below the connection channels 31 . 32 . 33 , These are the membranes 40 . 70 . 71 in the direct vicinity of the connection channels 31 . 32 . 33 not with the second polymer substrate 90 connected. In the area between the connection channels 31 . 32 . 33 however, the polymer membrane is so with the second polymer substrate 90 connected, that the displacement units of the pump 100 are pneumatically isolated. The membranes 40 . 70 . 71 are integral with each other to the polymer membrane 110 formed and form a single component.

In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform sind die fluidischen Widerstände Ri, nicht als Parallel- sondern als Serienschaltung realisiert, d.h. die Pumpkammern werden durch die Kanäle mit fluidischen Widerständen Ri hintereinander verbunden.In another embodiment, not shown, the fluidic resistances R i , not as a parallel but as a series circuit realized, ie, the pumping chambers are connected through the channels with fluidic resistances R i one behind the other.

5 zeigt eine Draufsicht einer mikrofluidischen peristaltischen Pumpe 100 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 6 zeigt eine Schnittansicht der mikrofluidischen peristaltischen Pumpe 100 von 5 entlang der Linie C-C. Bezugnehmend auf 5 und 6 wird nun die zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikrofluidischen peristaltischen Pumpe beschrieben werden. 5 shows a plan view of a microfluidic peristaltic pump 100 according to a second embodiment of the present invention, and 6 shows a sectional view of the microfluidic peristaltic pump 100 from 5 along the line CC. Referring to 5 and 6 The second embodiment of the microfluidic peristaltic pump according to the invention will now be described.

Im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform weist die zweite Ausführungsform eine zusätzliche Polymermembran 120 und ein zusätzliches Polymersubstrat 130 auf. Das zusätzliche Polymersubstrat 130 weist einen pneumatischen Zugang 5 auf. Die Kanäle 30, 60, 61 befinden sich nicht in der Polymermembran 110, sondern werden in der zweiten Polymermembran 120 und damit in einer anderen Ebene ausgebildet. Die fluidische Verbindung zu den Pumpkammern 20, 50 erfolgt über Durchlöcher 140, 141, 142 im zweiten Polymersubstrat 90. Diese Ausführungsform hat insbesondere den Vorteil, dass für die Kanäle 30, 60, 61 eine andere Polymermembran 120 als die für die Auslenkung der Pumpkammern 20, 50 zuständige Polymermembran 110 verwendet werden kann. So kann die zweite Polymermembran 120 beispielsweise besonders dünn (hoher fluidischer Widerstand für die Kanäle 30, 60, 61) und die Polymermembran 110 dicker (verbesserte Zuverlässigkeit beim Pumpen) gewählt werden. Zusätzlich kann die Pumpeinheit inklusive der Kanäle 30, 60, 61 auf einer deutlich kleineren Grundfläche hergestellt werden, da die Kanäle 30, 60, 61 auch über den Pumpkammern verlaufen können.In contrast to the first embodiment, the second embodiment has an additional polymer membrane 120 and an additional polymer substrate 130 on. The additional polymer substrate 130 has a pneumatic access 5 on. The channels 30 . 60 . 61 are not in the polymer membrane 110 but are in the second polymer membrane 120 and thus formed in a different level. The fluidic connection to the pumping chambers 20 . 50 done through through holes 140 . 141 . 142 in the second polymer substrate 90 , This embodiment has the particular advantage that for the channels 30 . 60 . 61 another polymer membrane 120 as for the deflection of the pumping chambers 20 . 50 competent polymer membrane 110 can be used. So can the second polymer membrane 120 for example, very thin (high fluidic resistance for the channels 30 . 60 . 61 ) and the polymer membrane 110 thicker (improved pumping reliability) can be selected. In addition, the pump unit including the channels 30 . 60 . 61 be made on a much smaller footprint since the channels 30 . 60 . 61 can also run over the pumping chambers.

Die Pumpkammern 20, 50 können als fluidische Kapazitäten Ci behandelt werden. In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform kann eine erste Pumpe so ausgelegt werden, dass das Produkt aus den Kapazitäten Ci mit den Widerständen Ri groß ist. Eine zweite Pumpe wird so ausgelegt, dass Ri·Ci klein ist. Auf diese Weise ergeben sich für die erste Pumpe lange und für die zweite Pumpe kurze Reaktionszeiten. Dies führt in vorteilhafter Weise dazu, dass für schnelle Umschaltfrequenzen von Ventilen nur die zweite Pumpe arbeitet, bei langsamen Umschaltfrequenzen jedoch beide Pumpen. Damit ist es mit nur einer einzelnen pneumatischen Schnittstelle möglich, die Pumpe selektiv zuzuschalten und die Möglichkeiten zur Realisierung mikrofluidischer Abläufe zu erweitern.The pumping chambers 20 . 50 can be treated as fluidic capacitances C i . In a further embodiment, not shown, a first pump can be designed so that the product of the capacitances C i with the resistors R i is large. A second pump is designed so that R i * C i is small. In this way, short reaction times result for the first pump and short reaction times for the second pump. This leads advantageously to the fact that only the second pump works for fast switching frequencies of valves, but at low switching frequencies, both pumps. Thus, it is possible with only a single pneumatic interface to selectively connect the pump and to expand the possibilities for the realization of microfluidic processes.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 7217367 B2 [0003] US 7217367 B2 [0003]

Claims (12)

Mikrofluidische peristaltische Pumpe (100), aufweisend einen Zulaufkanal (10), eine erste Pumpkammer (20), welche über einen ersten Kanal (30) mit dem Zulaufkanal (10) wirkverbunden ist, und eine erste Membran (40), eine zweite Pumpkammer (50), welche über einen zweiten Kanal (60) mit dem Zulaufkanal (10) wirkverbunden ist, und eine zweite Membran (70), wobei der fluidische Widerstand des ersten Kanals (30) von dem fluidischen Widerstand des zweiten Kanals (60) verschieden ist, und dabei jeder Kanal (30, 60) eine Drosselfunktion realisiert, so dass die jeweiligen Membranen (40, 70) beim Anliegen eines Drucks in dem Zulaufkanal (10) in einer zeitlichen Abfolge zum Realisieren einer Pumpfunktion ausgelenkt werden.Microfluidic peristaltic pump ( 100 ), comprising an inlet channel ( 10 ), a first pumping chamber ( 20 ), which via a first channel ( 30 ) with the inlet channel ( 10 ) and a first membrane ( 40 ), a second pumping chamber ( 50 ), which via a second channel ( 60 ) with the inlet channel ( 10 ) and a second membrane ( 70 ), wherein the fluidic resistance of the first channel ( 30 ) of the fluidic resistance of the second channel ( 60 ) is different, and each channel ( 30 . 60 ) realizes a throttle function, so that the respective membranes ( 40 . 70 ) when a pressure in the inlet channel ( 10 ) are deflected in a time sequence for realizing a pumping function. Mikrofluidische peristaltische Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der fluidische Widerstand eines Kanals (30, 60) bei konstantem Querschnitt im Wesentlichen durch dessen Länge bestimmt wird.Microfluidic peristaltic pump according to claim 1, characterized in that the fluidic resistance of a channel ( 30 . 60 ) is determined at a constant cross-section substantially by its length. Mikrofluidische peristaltische Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Membran (40) und die zweite Membran (70) aus einer Polymermembran (110) ausgebildet sind.Microfluidic peristaltic pump according to claim 1 or 2, characterized in that the first membrane ( 40 ) and the second membrane ( 70 ) from a polymer membrane ( 110 ) are formed. Mikrofluidische peristaltische Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Membran (40) und die zweite Membran (70) in einen Strömungskanal (150) ausgelenkt werden, welcher in einem ersten Polymersubstrat (80) ausgebildet ist.Microfluidic peristaltic pump according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first membrane ( 40 ) and the second membrane ( 70 ) in a flow channel ( 150 ), which in a first polymer substrate ( 80 ) is trained. Mikrofluidische peristaltische Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpkammern (20, 50) als Aufweitungen ausgebildet sind.Microfluidic peristaltic pump according to one of claims 1 to 4, characterized in that the pumping chambers ( 20 . 50 ) are formed as widenings. Mikrofluidische peristaltische Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Pumpkammer (20) im Wesentlichen denselben Querschnitt wie ein an die erste Pumpkammer (20) angeschlossener Zulauf (200) aufweist, und die zweite Pumpkammer (50) im Wesentlichen denselben Querschnitt wie ein an die zweite Pumpkammer (50) angeschlossener Ablauf (300) aufweist.Microfluidic peristaltic pump according to one of claims 1 to 5, characterized in that the first pumping chamber ( 20 ) substantially the same cross-section as a to the first pumping chamber ( 20 ) connected inlet ( 200 ), and the second pumping chamber ( 50 ) substantially the same cross-section as a to the second pumping chamber ( 50 ) connected process ( 300 ) having. Mikrofluidische peristaltische Pumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kanal (30) und der zweite Kanal (60) in der Polymermembran (110) ausgebildet sind.Microfluidic peristaltic pump according to one of claims 3 to 6, characterized in that the first channel ( 30 ) and the second channel ( 60 ) in the polymer membrane ( 110 ) are formed. Mikrofluidische peristaltische Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kanal (30) und der zweite Kanal (60) in einer zweiten Polymermembran (120) ausgebildet sind.Microfluidic peristaltic pump according to one of claims 1 to 6, characterized in that the first channel ( 30 ) and the second channel ( 60 ) in a second polymer membrane ( 120 ) are formed. Mikrofluidische peristaltische Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (30, 60, 61) mit den Pumpkammern (40, 70, 71) über Durchgangslöcher (140, 141, 142) wirkverbunden sind.Microfluidic peristaltic pump according to claim 8, characterized in that the channels ( 30 . 60 . 61 ) with the pumping chambers ( 40 . 70 . 71 ) via through holes ( 140 . 141 . 142 ) are operatively connected. Mikrofluidische peristaltische Pumpe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufkanal (10) in einem dritten Polymersubstrat (130) ausgebildet ist, welches oberhalb der zweiten Polymermembran (120) angeordnet ist.Microfluidic peristaltic pump according to claim 8 or 9, characterized in that the inlet channel ( 10 ) in a third polymer substrate ( 130 ) which is above the second polymer membrane ( 120 ) is arranged. Pumpsystem, aufweisend eine erste mikrofluidische peristaltische Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und eine zweite mikrofluidische Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Pumpe mit dem Zulaufkanal verbunden sind, und sich für die erste und die zweite Pumpe die jeweiligen Produkte aus dem fluidischen Widerstand eines Kanals (30, 60) und der fluidischen Kapazität der zugehörigen Pumpkammer (20, 50) voneinander unterscheiden, wobei eine Pumpe eine Tiefpasscharakteristik aufweist und eine andere Pumpe eine Hochpasscharakteristik aufweist.A pumping system comprising a first microfluidic peristaltic pump according to any one of claims 1 to 10 and a second microfluidic pump according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the first and second pumps are connected to the inflow channel, and for the first and second the second pump the respective products from the fluidic resistance of a channel ( 30 . 60 ) and the fluidic capacity of the associated pumping chamber ( 20 . 50 ), wherein one pump has a low-pass characteristic and another pump has a high-pass characteristic. Verfahren zum Betreiben einer mikrofluidischen peristaltischen Pumpe, mit einen Zulaufkanal (10), einer ersten Pumpkammer (20), welche über einen ersten Kanal (30) mit dem Zulaufkanal (10) wirkverbunden ist, und einer ersten Membran (40), einer zweiten Pumpkammer (50), welche über einen zweiten Kanal (60) mit dem Zulaufkanal (10) wirkverbunden ist, und einer zweiten Membran (70), wobei der fluidische Widerstand des ersten Kanals (30) von dem fluidischen Widerstand des zweiten Kanals (60) verschieden ist, aufweisend die Schritte: Realisieren einer Drosselfunktion von jedem Kanal (30, 60), so dass die jeweiligen Membranen (40, 70) beim Anliegen eines Drucks in dem Zulaufkanal (10) in einer zeitlichen Abfolge zum Realisieren einer Pumpfunktion ausgelenkt werden.Method for operating a microfluidic peristaltic pump, having an inlet channel ( 10 ), a first pumping chamber ( 20 ), which via a first channel ( 30 ) with the inlet channel ( 10 ) and a first membrane ( 40 ), a second pumping chamber ( 50 ), which via a second channel ( 60 ) with the inlet channel ( 10 ) and a second membrane ( 70 ), wherein the fluidic resistance of the first channel ( 30 ) of the fluidic resistance of the second channel ( 60 ), comprising the steps of: realizing a throttling function of each channel ( 30 . 60 ), so that the respective membranes ( 40 . 70 ) when a pressure in the inlet channel ( 10 ) are deflected in a time sequence for realizing a pumping function.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3031097B1 (en) * 2014-12-30 2017-02-10 Commissariat Energie Atomique SURFACE PUMP AND DRESSING COMPRISING A SURFACE PUMP
KR101878569B1 (en) * 2015-11-26 2018-07-16 부산대학교 산학협력단 Perfusion cell culture system using micro fluidic system
US10422362B2 (en) * 2017-09-05 2019-09-24 Facebook Technologies, Llc Fluidic pump and latch gate
US20210394179A1 (en) 2018-10-26 2021-12-23 Universiteit Twente Microfluidic device for mechanically stimulating a material
US11168809B2 (en) * 2020-01-02 2021-11-09 Halliburton Energy Services, Inc. Passive sequential pump system

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7217367B2 (en) 2001-04-06 2007-05-15 Fluidigm Corporation Microfluidic chromatography

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2442914A1 (en) * 2001-04-06 2002-10-17 California Institute Of Technology High throughput screening of crystallization of materials

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7217367B2 (en) 2001-04-06 2007-05-15 Fluidigm Corporation Microfluidic chromatography

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