WO1999059810A2 - Microstructured films - Google Patents

Microstructured films Download PDF

Info

Publication number
WO1999059810A2
WO1999059810A2 PCT/EP1999/002971 EP9902971W WO9959810A2 WO 1999059810 A2 WO1999059810 A2 WO 1999059810A2 EP 9902971 W EP9902971 W EP 9902971W WO 9959810 A2 WO9959810 A2 WO 9959810A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
films
film
cover layers
foils
channel
Prior art date
Application number
PCT/EP1999/002971
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
WO1999059810A3 (en
Inventor
Frank Krause
Heinz Linder
Franz Schmitt
Georg Wiessmeier
Hansjörg Dürr
Karsten Dierksen
Simone Greven
Klaus Heidenreich
Peter Jähn
Jürgen Klein
Original Assignee
Bayer Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to AU40358/99A priority Critical patent/AU4035899A/en
Application filed by Bayer Aktiengesellschaft filed Critical Bayer Aktiengesellschaft
Priority to JP2000549457A priority patent/JP2002515351A/en
Priority to EP99923506A priority patent/EP1079928A2/en
Publication of WO1999059810A2 publication Critical patent/WO1999059810A2/en
Publication of WO1999059810A3 publication Critical patent/WO1999059810A3/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502707Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the manufacture of the container or its components
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/06Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B27/08Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06Fluid handling related problems
    • B01L2200/0689Sealing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/12Specific details about manufacturing devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/08Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0887Laminated structure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2260/00Heat exchangers or heat exchange elements having special size, e.g. microstructures
    • F28F2260/02Heat exchangers or heat exchange elements having special size, e.g. microstructures having microchannels
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00Fastening; Joining
    • F28F2275/06Fastening; Joining by welding
    • F28F2275/065Fastening; Joining by welding by ultrasonic or vibration welding

Definitions

  • the invention relates to a module made of polymer materials which contains any microchannel systems and a method for producing such a module.
  • a microchannel is a channel that has dimensions of less than 1 mm in one or two spatial directions (width and depth) (micrometer range). In another spatial direction (length) it has a dimension that corresponds to a multiple of the dimension in the spatial direction with the smallest dimension.
  • a module is a carrier that contains one or more microchannel systems that can be filled and emptied through access and, if necessary, other elements such as Contains membranes.
  • Modules with micro-channel systems are used in a variety of technical areas. They are used as mixers, heat exchangers, reactors, microsensors in process equipment and as miniaturized analysis systems, e.g. used in molecular diagnostics.
  • the miniaturization of assemblies is advantageous because processes can run very quickly due to the small distances in the microchannel systems.
  • the large ratio of surface to volume promotes efficient heat exchange and enables targeted, fast temperature control. Due to their small size, a large number of modules with microchannel systems can be used in parallel and lead to a high throughput.
  • the mass transport through the channels can be controlled in a targeted manner by means of electrical voltages which are applied to the channels.
  • the pressure must be set so that the channels in the silicone are sealed on the one hand and not closed on the other.
  • microstructures by laser ablation of polymeric or ceramic substrates e.g. proposed with an excimer laser
  • Microstructured stack structures are preferably produced from metallic materials as highly efficient heat exchangers.
  • the structures are either machined or formed using chemical etching processes (US Pat. No. 4,516,632).
  • the individual microchannels are not used as individual process units, but as integral parts of a macroscopic module.
  • Microchannels primarily serve to enlarge the surface (B. Sunden et al. Adv. Eng. Heat Transf., Proc. Balt. Heat Transf. Conf., 1995).
  • the requirements for a module with microchannels are varied and vary depending on the area of application.
  • the general rule is that the channels in the modules should be 10-100 ⁇ m deep and 10 ⁇ m to 5 mm wide. They can be of any length.
  • the channels must continue to be connected to sample, reagent and buffer reservoirs in order to fill and empty them.
  • the channel structures must be able to be sealed and they must ensure efficient heat supply and heat dissipation. Efficient heat dissipation is particularly necessary to dissipate the Joule heat that arises when electrical voltages are applied to the microchannels and electrical currents flow.
  • the channel structures must be electrically insulated so that electrolytic current transport can take place in the channels.
  • Microchannels be accessible for optical detection.
  • Biocompatibility means that, for example due to the corresponding surface properties, no proteins accumulate in the channels.
  • the microstructured modules should be able to be produced in large numbers at low cost and should be easy to dispose of.
  • the module with microchannels consists of a polymer film, the thickness of which corresponds to the desired channel depth with cutouts in the form of the desired microchannel structure.
  • An upper and a lower cover layer seal this microstructured film on both sides.
  • the cover layers are planar on the side facing the structured film and form the top and bottom of the channels. At least one of the two cover layers has at least two accesses to at least one microchannel in the microstructured film.
  • the modules can also contain a plurality of micro-structured films stacked one above the other between the two cover layers.
  • the microchannels are then in different planes and have overlap areas seen perpendicular to the film plane. These allow the transition from one level to the next. In this way, arbitrarily linked, three-dimensional channel structures can be built.
  • Crystalline or semi-crystalline plastics are suitable as the polymer material for the films.
  • Transparent plastics such as polycarbonate or polymethyl methacrylate are particularly suitable.
  • Films can also be used which have a strong absorption in certain optical or infrared wavelength ranges.
  • a module can contain foils made of different materials.
  • Each film can be made up of different layers.
  • the individual layers can perform various functions, such as adhesive function or sealing functions through elastic deformability. Individual layers can also have different absorption spectra.
  • a film e.g. a non-absorbent core can be framed by absorbent cover layers.
  • the surface properties of the channels with regard to adsorption or surface potential can be specifically adapted to an application by coating the cover layers forming the channel walls or the films.
  • Coatings are polyacrylamide, polyvinyl alcohol, oligomeric alkylamines, nonionic detergents such as polyoxyethylene ether and polymeric sugars such as hydroxypropylmethyl cellulose or methyl cellulose.
  • the depth of the channels corresponds to the film thickness or its multiple if several films of the same structure are stacked on top of one another. Deeper channels allow higher throughput.
  • the microstructured films have a thickness of 10 to 1000 ⁇ m, preferably 10 to 100 ⁇ m. Film thicknesses of 25 to 75 ⁇ m are particularly suitable.
  • the length of the channels in the microstructured film is preferably 1 mm to 100 mm, particularly preferably 5 to 50 mm.
  • the channel width can at most correspond to the width of the film minus a sealing edge. It is preferably 1 ⁇ m to 5 mm and can be constant or vary over the channel length.
  • the channels can assume any orientation to one another and to limit the film.
  • channels with a rectangular basic shape channels with curved sides can be realized.
  • vertical channels in which the cutouts lie one above the other or diagonal channels in which the cutouts are offset one above the other can also be produced.
  • the upper and lower cover layers serve to seal the channel structure of the film in between.
  • the cover layers can be formed by foils with a thickness of 50 to 500 ⁇ m or by plates with a thickness greater than 500 ⁇ m. At least one of the cover layers has at least two accesses to at least one microchannel. Corresponding openings are present in one or both cover layers.
  • the cover layers can be transparent.
  • Sample, reagent and / or buffer vessels are attached to the outside of at least one cover layer above the accesses to the microchannels below.
  • the channels are filled via the sample, reagent and buffer vessels. Pressure differences or electrical potentials can also be generated via the sample, reagent and buffer vessels in order to effect mass transport in the channels.
  • the sample, reagent and buffer vessels can also be incorporated into the outer surface of the plates as a macro structure when using planar plates.
  • Membranes can be installed in the module.
  • a membrane that works according to the size exclusion principle is often suitable for the separation of macromolecules, particles, bacteria, cells or viruses.
  • the range of membranes ranges from a molecular weight of 3000 daltons for small proteins or nucleotides, to size exclusion ranges in the lower nm range for large nucleic acids and viruses, to 0.45 ⁇ m for cells.
  • the membranes are microstructured polymers, preferably polyether sulfone (PES), polyester, fleece-based acrylic polymer, polytetrafluoroethylene (PTFE), polysulfone, polypropylene (PP), glass fiber, nylon or polycarbonate.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PP polypropylene
  • glass fiber nylon or polycarbonate.
  • ion exchange membranes and adsorption phases can be used.
  • the choice of Membrane depends on the type of molecule desired and is micro-structure independent.
  • the membranes can be inserted between a cover layer and a microstructured film and / or between two films. They can also be attached to the outside of the cover layers between the cover layer and the sample, reagent or buffer vessel.
  • the membranes can be introduced into the module as an additional layer. If the membrane covers the entire surface, its membrane properties only function in the areas through which it flows. However, it can also have membrane properties only at the overlap areas of the channels.
  • Membranes can also be in the form of pieces which only cover the channel area through which flow occurs at the overlap areas of the channel structures between two foils or in the
  • Transitional area between the entrances of the cover layer and the underlying channels is Another possibility.
  • the membranes are located directly in the accesses to the microchannels in the cover layer.
  • the supply or removal of heat on the module can take place via the cover layers by contact, air or liquid cooling of the cover layers.
  • a particularly intensive heat exchange can be achieved using a film that has many parallel microchannels through which a liquid or gas flow can be conducted for heat exchange.
  • a method for producing a module from polymer materials with a microchannel system comprises structuring one or more films with the microchannels and connecting the one film with the two cover layers or connecting several stacked films with one another and with the two cover layers so that the microchannels are sealed.
  • the foils can be coated before processing or before assembling the module.
  • Membranes can also be inserted into the module.
  • the foils can be microstructured by etching, laser ablation or punching.
  • the film to be structured is fixed on a dimensionally stable and elastic base.
  • the cutting tool and the holding unit of the film to be cut can be moved against each other in all three spatial directions.
  • the film is fastened on a rotatable roller in a pretensioned state.
  • elastic films are pretensioned parallel to the cutting line or across the cutting line in order to optimize the cutting process.
  • the degree of preload depends on the modulus of elasticity of the film to be cut.
  • the cutting tool can be fixed or arranged as a rotating circular knife.
  • the circular knife exerts a cutting rolling movement, whereby the film is fixed under the knife and is not deformed. This is advantageous for plastic films with a low modulus of elasticity.
  • a fixed cutting tool is advantageous for cutting exact contours from one material.
  • a channel can advantageously be cut along its edges with two knives arranged in parallel, the distance between the knives corresponding to the channel width. This procedure provides exact cut surfaces and should be selected in particular if the required channel widths are less than 500 ⁇ m or if the cut is not made at a 90 ° angle to the film surface, so that the channel cross section of deviates from the rectangular shape.
  • the parallel cut stabilizes the film to be cut and prevents the film from moving.
  • cover layers are solid plates, they can be produced by injection molding or with other common manufacturing processes for structures made of polymer materials. Sample and buffer vessels can be made in one piece with the cover plate.
  • microstructured foils can be connected to one another and to the cover layers to form a module by printing, gluing or welding.
  • a tight connection by pressure can only be achieved with solid panels as cover layers.
  • the pressure is exerted on the two cover plates from the outside. They are pressed against each other and on the foils in between. This seals the channels of the microstructured foils.
  • Cover plates show microscopic bumps on the surfaces, which are embossed in the intervening foils and can lead to leakage currents.
  • the use of particularly elastic films such as films made of thermoplastic polyurethane (TPU) or films coated with an adhesive-like leveling compound can prevent the leaks.
  • TPU thermoplastic polyurethane
  • the elastic film and the leveling compound adapt to the unevenness of the surface and seal it.
  • the strength of the pressure on the film in between depends on the elastic properties of the film material used. A pressure of 5 to 50%, a particularly advantageous 5 to 25% of the pre-tensioning of the film is favorable O 99/59810. ⁇ Q. PCT / EP99 / 02971
  • Film thickness causes.
  • the preload is measured by changing the length of the film compared to the untensioned state.
  • the pressure on the cover plates of the module is maintained by detachable or non-detachable connections.
  • Detachable connections are screws, clips or clamping elements.
  • Inseparable connections are made by riveting or welding the two cover plates on their outer edges. When welding, the one or more foils are passively fixed between the cover plates.
  • the foils and cover layers can be tightly connected to one another by gluing.
  • the adhesive can be self-curing, thermosetting or photo-curing.
  • Unreleasable connections are particularly advantageous, which are created by welding the foils and cover layers directly at the edges of the channels.
  • cover layers do not have to be dimensionally stable. They can also be slides.
  • the desired area is melted by one-sided heating with direct contact.
  • heating element welding involves thermal contact on both sides.
  • Infrared beam welding can be carried out on one side or on both sides.
  • at least one of the foils must have an infrared-absorbing layer.
  • At least one of the foils must have a layer that absorbs the laser light.
  • radiographic welding the entire sorbent layer melted. With butt welding, only the surface is melted. Butt welding can be carried out on one side or on both sides.
  • the energy density required for welding is generated by ultrasonic waves.
  • the use of energy directors can be dispensed with using conventional ultrasonic welding devices, since the amount of energy per material volume is sufficient even without a measure for bundling the energy.
  • an alternating electric field of high frequency is radiated. Part of the energy of the alternating electrical field is converted into heat in the plastic.
  • the module made of polymer materials is welded when the dielectric loss factor tan ⁇ of the polymer is greater than 0.01, that is to say a sufficiently high proportion of the energy in the field is drawn off and converted into heat.
  • the film By using a microstructured film that absorbs all or in individual layers and transparent cover layers, the film can be selectively melted and permanently connected to the cover layers.
  • microchannel structures are not absorbent, so that the energy can be radiated in over a large area and the contour of the channels does not have to be followed exactly.
  • the surfaces of the films that contribute to the formation of a channel structure and also the channel-side surfaces of the cover layer can be coated before cutting or before assembly in order to change surface properties such as biocompatibility and surface potential.
  • Membranes are fixed together with the connection of the foils and cover layers by pressing, gluing or welding. If individual membrane pieces are introduced in the area of an access to a channel between a cover layer and a film or between two films, the membrane must face the direction in which the channel continues with the cover layer or with the film that does not support the channel • * 0- ⁇ t ",) can be connected.
  • the modules according to the invention with microchannels are distinguished on the one hand by the construction from simple standard materials (polymer films).
  • Polymer materials such as polycarbonate or polymethyl methacrylate can be used for a large number of applications because they combine the properties of inertness, biocompatibility, electrical insulation and transparency.
  • the manufacturing process for the modules according to the invention is simple and flexible. In comparison to the known silicone casting processes and micro injection molding processes, no original molds are produced, which then only result in one embodiment of the microchannel structure. Instead, the foils can be simply structured using the known methods of etching, laser ablation, punching or particularly advantageously using the cutting method according to the invention. At the
  • Cutting is done with simple cutting tools such as Razors cut any structure.
  • connection of the foils to the module in particular by means of the proposed laser and infrared welding processes, can also be carried out quickly and easily.
  • the modules according to the invention are therefore suitable for automated mass production and can also be produced inexpensively because of the inexpensive materials. Polymer materials are also easy to dispose of. It is therefore worthwhile to manufacture them as single-use modules for single use. Single-use modules have the advantage, particularly in the medical field, that they do not carry germs and contaminants can come, and their use therefore allows more precise analyzes and increases the safety of staff and patients.
  • the heat exchange is even more efficient than with conventional systems with microchannels due to the thin walls of the foils.
  • a module of polymeric materials containing any microchannel system is suitable for many types of applications for microchannel structures. Examples of applications are the chemical laboratory, polymerase chain reaction (PCR), immunodiagnostics, virus analysis and DNA analysis on the chip, implants, dosing devices and analysis with miniaturized total analysis systems or with micro-preparative sample preparation modules for DNA extraction.
  • PCR polymerase chain reaction
  • immunodiagnostics virus analysis and DNA analysis on the chip
  • implants dosing devices and analysis with miniaturized total analysis systems or with micro-preparative sample preparation modules for DNA extraction.
  • the substances in the microchannels can be detected using optical methods. Absorption and fluorescence methods can be used. Because of its high sensitivity, laser-induced fluorescence detection is often used.
  • Fig. 1 layer structure of a module with a microstructured film.
  • Fig. 2 layer structure of a module with several microstructured films.
  • Fig. 4 layer structure of a module with vessels on a cover layer.
  • Fig. 5 arrangement for cutting the films.
  • Fig. 6 module that is connected by pressure.
  • Fig. 7 Manual cutting apparatus for microstructuring polymer films.
  • Fig. 8 photocopy of the laser-welded layer structure of a module.
  • Fig. 9 electrophoretic transport in a microchannel structure.
  • the thickness of the film 2 corresponds to the channel depth.
  • the film 2 is enclosed by the lower cover layer 3 and the upper cover layer 4.
  • the cover layers form the upper and lower channel walls.
  • the cover layer 4 has the accesses 5 to the microchannel structure 1 in the film 2.
  • FIG. 3 Various possibilities for introducing the membranes 6a, 6b and 6c into the layer structure are shown in FIG. 3.
  • the membrane 6b is located above the access 5 above the cover layer 4.
  • the membrane 6a is located between the film 2 and the cover layer 4 in the area of an access 5 to the microchannels 1 the film 2.
  • the membrane 6c forms the passage in the covering layer 4 to the microchannels 1 in the film 2.
  • FIG. 4 shows a module consisting of a film 2 with microchannels 1 and the covering layers 3 and 4. On the covering layer 4 above the accesses 5 there are
  • Fig. 5 shows an arrangement for cutting the films.
  • the film 9 to be structured is located under the cutting knife 8 on the cutting table 10.
  • the film 9 to be structured is preloaded by a force 81.
  • FIG. 6 shows a module in which the structured film 13 is fixed between two dimensionally stable cover plates 14 and 15.
  • the pressure by which the microchannels in the film are sealed off by the cover plates is exerted by the screw 12 and / or the rivet 16.
  • a plurality of foils could also be stacked one above the other between the cover plates 14 and 15.
  • FIG. 7a shows a cutting apparatus for microstructuring polymer films.
  • FIG. 7b shows a microstructured film as can be produced with a cutting apparatus according to FIG. 7a.
  • the cutting apparatus consists of a rotatable roller 18 for receiving the film, a handwheel with latching positions 19, a pair of cutting knives 20 for cutting the lateral boundary of the microstructure film.
  • the two pairs of cutting blades 21 are used for cutting the longitudinal channels a and b of the microstructure.
  • the punching knife receptacle 22 can hold various punching knives for punching the transverse channel c, for punching the structure borders e and for punching the film borders f.
  • the guide 23 is used to execute the position bores designated by g.
  • Figure 8 is a photocopy of a module. In a 100 ⁇ m thick, black pigmented
  • Film 2 made of polycarbonate was cut with the manual cutting apparatus from FIG. 7 microchannels 1, 3 and 4.
  • the structured film was between two O 99/59810 _ ig _ PCT / EP99 / 02971
  • the permanently connected module has intact channel structures.
  • FIG. 9 a shows how the electrophoretic transport of fluorescence-labeled DNA takes place in the laser-welded layer module from FIG. 8.
  • 9b shows the fluorescence signal at a wavelength of 520 nm, as it is detected in the thin channel on the detector 24. Under the influence of the voltage 25a, the DNA is transported electrokinetically into the wide channel (Fig. 9a- (a)). Then the
  • a suitable piece of 100 ⁇ m thick film is first fixed on the rotatable roller 18 by means of adhesive tape.
  • the cutting length is limited to 55 mm by two locking positions of the handwheel.
  • the cut limitation after 91 mm is also done by two locking positions of the handwheel.
  • the cross-sections are punched after inserting the respective punching knives into the punching knife receptacle 22 by folding the punching knives onto the roller 18 and the film located thereon. In this way, the transverse channel c, the upper and lower limits of the microchannels d and e and the upper and lower limits of the film f are punched.
  • the adjustment bores g are produced by means of a punch 23 and two locking positions of the handwheel.
  • the microstructured film thus produced with defined external dimensions contains a narrow channel b of 100 ⁇ m in width and 55 mm in length, a wide channel a of 2 mm in width and 55 mm in length and a narrow transverse channel c of 100 ⁇ m in width and 4 mm in length.
  • the outer dimensions of the film are 20 mm wide and 91 mm long.
  • thermoplastic polyurethane TPU
  • the microchannel structure was produced in accordance with Example 1.
  • the ratio of the measured currents corresponds to the ratio of the channel cross sections of narrow and wide channels. This shows that the electrical line runs exclusively through the buffer-filled channels and the module is otherwise electrically insulating.
  • a module with a black pigmented infrared absorbing microstructured polycarbonate film of 100 ⁇ m thickness was produced.
  • the module was sealed by laser welding.
  • microchannel structure was produced in the polycarbonate film essentially in accordance with Example 1. The only difference to the method from Example 1 was that the narrow channel was cut with a width of 200 ⁇ m. The microstructured film was between two more transparent
  • the films were pressed together on a solid surface with a glass plate and scanned over a large area around the microstructure with an Nd: YAG laser beam with an effective power of 8 W.
  • the laser beam had a diameter of 2.2 mm at the location of the foils and the scanning speed was 18 mm / s.
  • the irradiated areas can be seen in FIG. 8 by the more intense black. Although only one side was irradiated, the three foils are permanently and firmly fused. As a result of the melting process, the narrow channel narrowed from 200 ⁇ m to 120 ⁇ m.
  • the module from Example 3 was glued with the side on which the hole-carrying film is located to a machined polycarbonate plate using fast-curing adhesive.
  • the plate has four buffer vessels with holes of 2 mm in diameter, which are located above the holes in the cover film of the module.
  • Tris / borate buffer which was 0.1 molar, contained 0.1% methyl cellulose and had a pH of 8.5, was introduced into the buffer reservoirs and the entire module was deaerated in vacuo. Electrodes were inserted into the buffer reservoirs. The entire module was cooled to 10 ° C using contact cooling with thermostatted metal surfaces. A voltage of 1 kV was first applied across the electrodes along the wide channel and a current of 270 ⁇ A was measured. A voltage of 1 kV was also applied along the narrow channel and a current of 25 ⁇ A was measured. This shows that the electrical line runs exclusively through the buffer-filled channels and the module is otherwise electrically insulating.
  • the module prepared in this way was tested with the experimental set-up according to FIG. 9.
  • a laser-induced fluorescence detector 24 was additionally positioned above the microstructure.
  • the laser light from an argon-ion laser with a wavelength of 488 nm was irradiated onto the module surface at an angle of 45 ° using a light guide.
  • a second light guide was positioned such that it directed light emitted at an angle of 90 ° to the module surface to the detector 24.
  • DNA that was intercalated with a fluorescence marker that was 10 micromolar was filled into a wide channel buffer reservoir. The DNA was transported along the wide channel by applying a voltage of 700 V (FIG. 9a (a)).

Abstract

The invention relates to a module consisting of polymer materials and containing chosen microchannel systems, and to a method for producing a module of this type. The inventive model with microchannels consists of a polymer film (2) whose thickness corresponds to the desired channel depth, with recesses (1) in the shape of the desired microchannel structure. An upper (4) and a lower (3) cover layer provide a seal for this microstructured film on both sides. The cover layers are planar on the side facing towards the structured film and form the top and bottom surfaces of the channels. At least one of the two cover layers has at least two entrances (5) to the microchannel system in the microstructured film. The inventive method for producing a module consisting of polymer materials and containing microchannel systems comprises the structuring of one or several films with the microchannels and connecting one film with the two cover layers in order to seal the microchannels.

Description

Mikrostrukturierte FolienMicrostructured foils
Die Erfindung betrifft ein Modul aus Polymermaterialien, das beliebige Mikrokanal- Systeme enthält und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Moduls.The invention relates to a module made of polymer materials which contains any microchannel systems and a method for producing such a module.
Ein Mikrokanal ist ein Kanal, der in einer oder in zwei Raumrichtungen (Breite und Tiefe) Abmessungen kleiner als 1 mm hat (Mikrometerbereich). Er hat in einer anderen Raumrichtung (Länge) eine Abmessung, die einem Vielfachen der Abmes- sung in die Raumrichtung mit der kleinsten Abmessung, entspricht. Mehrere miteinander verbundene Mikrokanäle bilden ein Mikrokanalsystem. Ein Modul ist ein Träger, der ein oder mehrere durch Zugänge befüllbare und entleerbare Mikrokanalsysteme und gegebenenfalls weitere Elemente wie z.B. Membranen enthält.A microchannel is a channel that has dimensions of less than 1 mm in one or two spatial directions (width and depth) (micrometer range). In another spatial direction (length) it has a dimension that corresponds to a multiple of the dimension in the spatial direction with the smallest dimension. Several interconnected microchannels form a microchannel system. A module is a carrier that contains one or more microchannel systems that can be filled and emptied through access and, if necessary, other elements such as Contains membranes.
Module mit Mikrokanalsystemen kommen in einer Vielzahl von technischen Bereichen zum Einsatz. Sie werden als Mischer, Wärmeübertrager, Reaktoren, Mikrosensoren in Prozeß apparaturen und als miniaturisierte Analysensysteme, z.B. in der molekularen Diagnostik eingesetzt. Die Miniaturisierung von Baugruppen ist vorteilhaft, da durch die geringen Abstände in den Mikrokanalsystemen Prozesse sehr schnell ablaufen können. Außerdem fördert das große Verhältnis von Oberfläche zu Volumen einen effizienten Wärmeaustausch und ermöglicht eine gezielte, schnelle Temperatursteuerung. Auf Grund ihrer geringen Größe können eine Vielzahl von Modulen mit Mikrokanalsystemen parallel eingesetzt werden und insgesamt zu einem hohen Durchsatz führen. In Mikrokanälen kann der Stofftransport durch die Kanäle mittels elektrischer Spannungen, die an die Kanäle angelegt werden, gezielt gesteuert werden.Modules with micro-channel systems are used in a variety of technical areas. They are used as mixers, heat exchangers, reactors, microsensors in process equipment and as miniaturized analysis systems, e.g. used in molecular diagnostics. The miniaturization of assemblies is advantageous because processes can run very quickly due to the small distances in the microchannel systems. In addition, the large ratio of surface to volume promotes efficient heat exchange and enables targeted, fast temperature control. Due to their small size, a large number of modules with microchannel systems can be used in parallel and lead to a high throughput. In microchannels, the mass transport through the channels can be controlled in a targeted manner by means of electrical voltages which are applied to the channels.
Dabei wird eine Überschußladung der Stoffe in den Kanälen und/oder der endoosmotische Effekt, der durch die Wanderung von Oberflächenladungen verursacht wird, ausgenutzt. Bei Anwendungen im diagnostische Bereich ist der sparsame Reagenzien- und Eluentenverbrauch in Mikrokanalsystemen von Vorteil.An excess charge of the substances in the channels and / or the endoosmotic effect, which is caused by the migration of surface charges, is used. The economical use of reagents and eluents in microchannel systems is an advantage for applications in the diagnostic area.
Für die Strukturierung von Polymermaterialien mit Mikrokanälen wurden bisher verschiedene Verfahren vorgeschlagen, die alle darauf beruhen, daß in ein Substrat eine MikroStruktur, die die Unterseite und die Kanalwände bildet, als Tiefenprofil eingearbeitet wird. Der Kanal wird dann an der offenen Seite durch eine planare Deckschicht, die die Zugänge zum darunter liegenden Mikrokanalsystem enthält, abgeschlossen.Various methods have hitherto been proposed for structuring polymer materials with microchannels, all of which are based on the fact that a Micro structure, which forms the underside and the channel walls, is incorporated as a depth profile. The channel is then closed on the open side by a planar cover layer, which contains the accesses to the underlying micro-channel system.
Beim Silikongießverfahren wird die gewünschte Kanalstruktur aus Silikon durch dasIn the silicone casting process, the desired channel structure made of silicone is created by the
Ausgießen einer entsprechenden Form hergestellt (C.S. Effenhauser et al., 2nd International Symposium on Miniaturized Total Analysis Systems mTAS '96, Analytical Methods and Instrumentation, Basel 1996). Nachteilig ist dabei die aufwendige Herstellung der Gießschablone und die komplizierte Einstellung des Drucks der planaren Deckschicht auf die in das Silikon eingearbeiteten nicht abgeschlossenenPouring out a corresponding mold (C.S. Effenhauser et al., 2nd International Symposium on Miniaturized Total Analysis Systems mTAS '96, Analytical Methods and Instrumentation, Basel 1996). Disadvantages here are the complex production of the casting template and the complicated adjustment of the pressure of the planar cover layer to those that have not been sealed into the silicone
Kanäle. Der Druck muß so eingestellt sein, daß die Kanäle im Silikon einerseits abgedichtet und andererseits nicht zugedrückt werden.Channels. The pressure must be set so that the channels in the silicone are sealed on the one hand and not closed on the other.
Bei einem anderen Herstellverfahren mittels Mikrospritzgußtechnik wird eine Urmatrix in einem Silizium-Substrat hergestellt. Von diesem werden Nickel-Formen abgeformt, in denen mit Spritzguß die Acryl-Substrate mit den Mikrokanälen hergestellt werden (R.M. McCormick et al., Anal. Chem. 1997, 69, 2626-2630). Der Nachteil dieses Verfahrens ist, daß erst zwei Generationen von Matrizen hergestellt werden müssen, bevor die eigentliche Struktur hergestellt werden kann. Das ist sehr auf- wendig und schränkt die Flexibilität bei der Gestaltung der Strukturen stark einIn another manufacturing process using micro-injection molding technology, an original matrix is produced in a silicon substrate. Nickel molds are molded from this, in which the acrylic substrates with the microchannels are produced by injection molding (R.M. McCormick et al., Anal. Chem. 1997, 69, 2626-2630). The disadvantage of this method is that two generations of matrices have to be manufactured before the actual structure can be manufactured. This is very complex and severely limits the flexibility in designing the structures
(Ch. Ziegmann, „Spritzgießen mikrostrukturierter Bauteile", 19. IKV-Kolloquium Aachen 1998).(Ch. Ziegmann, "Injection Molding of Microstructured Components", 19th IKV Colloquium Aachen 1998).
Weiterhin wurde die Herstellung von MikroStrukturen durch Laserablation von poly- merischen oder keramischen Substraten z.B. mit einem Excimer-Laser vorgeschlagenFurthermore, the manufacture of microstructures by laser ablation of polymeric or ceramic substrates e.g. proposed with an excimer laser
(US-Patent 5,500,071). Für große Stückzahlen ist die Laserablation jedoch wegen des großen Zeitaufwandes nicht geeignet.(U.S. Patent 5,500,071). However, laser ablation is not suitable for large quantities because of the large amount of time it takes.
Aus der Halbleitertechnik sind zur Herstellung von MikroStrukturen die Photolito- graphie und naßchemische Ätzverfahren bekannt. Sie werden aber ausschließlich aufPhotolithography and wet-chemical etching processes are known from semiconductor technology for the production of microstructures. But you will only be on
Silizium, Quarz, Glas (S.C. Terry et al., IEEE Trans. Electron. Devices, ED-26, 1979,Silicon, quartz, glass (S.C. Terry et al., IEEE Trans. Electron. Devices, ED-26, 1979,
1880; A. Manz et al, J. Chromatogr. 593, 1992, 253-258) und andere Halbleiter- materialien angewendet. Diese Materialien sind auf Grund der großen Adsorption an ihrer Oberfläche zumindestens für biologische Anwendungen schlecht geeignet. Außerdem ist diese Art der Herstellung von MikroStrukturen für eine Massenproduktion von einmal verwendbaren Modulen zu aufwendig.1880; A. Manz et al, J. Chromatogr. 593, 1992, 253-258) and other semiconductor materials applied. Because of the large adsorption on their surface, these materials are at least unsuitable for biological applications. In addition, this type of manufacture of microstructures is too complex for the mass production of single-use modules.
Aus metallischen Werkstoffen werden mikrostrukturierte Stapelstrukturen vorzugsweise als hocheffiziente Wärmeübertrager hergestellt. Die Strukturen werden dabei entweder spanabhebend oder mit chemischen Ätzverfahren (US-Patent 4,516,632) ausgebildet. Die einzelnen Mikrokanäle werden nicht als individuelle Prozeß einheiten, sondern als integrale Bestandteile eines makroskopischen Bausteins eingesetzt. DieMicrostructured stack structures are preferably produced from metallic materials as highly efficient heat exchangers. The structures are either machined or formed using chemical etching processes (US Pat. No. 4,516,632). The individual microchannels are not used as individual process units, but as integral parts of a macroscopic module. The
Mikrokanäle dienen in erster Linie einer Oberflächenvergrößerung (B. Sunden et al. Adv. Eng. Heat Transf., Proc. Balt. Heat Transf. Conf., 1995).Microchannels primarily serve to enlarge the surface (B. Sunden et al. Adv. Eng. Heat Transf., Proc. Balt. Heat Transf. Conf., 1995).
Die Anforderungen an ein Modul mit Mikrokanälen sind vielfältig und variieren je nach Einsatzbereich. Allgemein gilt, daß die Kanäle in den Modulen 10-100 μm tief und 10 μm bis 5 mm breit sein sollen. Sie können beliebig lang sein.The requirements for a module with microchannels are varied and vary depending on the area of application. The general rule is that the channels in the modules should be 10-100 μm deep and 10 μm to 5 mm wide. They can be of any length.
Die Kanäle müssen weiterhin über Zugänge mit Proben-, Reagenzien- und Puffer- reservoires verbunden sein, um sie befullen und entleeren zu können.The channels must continue to be connected to sample, reagent and buffer reservoirs in order to fill and empty them.
Die Kanalstrukturen müssen abgedichtet werden können und sie müssen eine effiziente Wärmezufuhr und Wärmeabfuhr gewährleisten. Eine effiziente Wärmeabfuhr ist insbesondere nötig, um die Joulsche Wärme abzuführen, die entsteht wenn elektrische Spannungen an die Mikrokanäle angelegt werden und elektrische Ströme fließen.The channel structures must be able to be sealed and they must ensure efficient heat supply and heat dissipation. Efficient heat dissipation is particularly necessary to dissipate the Joule heat that arises when electrical voltages are applied to the microchannels and electrical currents flow.
Für viele Anwendungen ist es wünschenswert, Trennmembranen in das Kanalsystem des Moduls einzubringen, um so beispielsweise eine Größenselektion von Molekülen vorzunehmen. Für manche Anwendungen wie z.B. die Kapillar-Elektrophorese müssen die Kanalstrukturen elektrisch isoliert sein, so daß ein elektrolytischer Stromtransport in den Kanälen stattfinden kann.For many applications, it is desirable to insert separation membranes into the channel system of the module, for example to carry out a size selection of molecules. For some applications, such as capillary electrophoresis, the channel structures must be electrically insulated so that electrolytic current transport can take place in the channels.
Für viele Anwendungen, speziell im analytisch-diagnostischen Bereich, müssen dieFor many applications, especially in the analytical-diagnostic area, the
Mikrokanäle einer optischen Detektion zugänglich sein.Microchannels be accessible for optical detection.
Für die Anwendung als Prozeßapparatur, als Mikrosensor oder Mikroanalysensystem im medizinisch/biologischen Umfeld ist eine gute Biokompatibilität erwünscht. Bio- kompatibilität heißt, daß sich beispielsweise wegen entsprechender Oberflächeneigen- schaften keine Proteine in den Kanälen anlagern.For use as a processing apparatus, a micro sensor or micro-analysis system in medical / biological environment good biocompatibility is desired. Biocompatibility means that, for example due to the corresponding surface properties, no proteins accumulate in the channels.
Im Hinblick auf eine breite Nutzung sollen die mikrostrukturierten Module in hoher Stückzahl mit niedrigen Kosten herstellbar sein und einfach entsorgt werden können.With a view to wide use, the microstructured modules should be able to be produced in large numbers at low cost and should be easy to dispose of.
Das erfindungsgemäße Modul mit Mikrokanälen besteht aus einer Polymer-Folie, deren Stärke der gewünschten Kanaltiefe entspricht mit Aussparungen in Form der gewünschten Mikrokanalstruktur. Eine obere und eine untere Abdeckschicht dichten diese mikrostrukturierte Folie auf beiden Seiten ab. Die Abdeckschichten sind auf der Seite, die der strukturierten Folie zugewandt ist, planar und bilden die Oberseite und die Unterseite der Kanäle. Mindestens eine der beiden Abdeckschichten verfugt über mindestens zwei Zugänge zu mindestens einem Mikrokanal in der mikrostrukturierten Folie.The module with microchannels according to the invention consists of a polymer film, the thickness of which corresponds to the desired channel depth with cutouts in the form of the desired microchannel structure. An upper and a lower cover layer seal this microstructured film on both sides. The cover layers are planar on the side facing the structured film and form the top and bottom of the channels. At least one of the two cover layers has at least two accesses to at least one microchannel in the microstructured film.
Neben diesem einfachsten Aufbau mit einer mikrostrukturierten Folie zwischen den beiden Abdeckschichten, können die Module auch mehrere übereinander gestapelte mikrostrukturierte Folien zwischen den beiden Abdeckschichten enthalten. Die Mikrokanäle liegen dann in unterschiedlichen Ebenen und haben senkrecht zur Folienebene gesehen Überlappungsbereiche. Diese erlauben den Übergang von einer Ebene in die nächste. Auf diese Weise lassen sich beliebig verknüpfte, dreidimensionale Kanalstrukturen aufbauen. Als Polymermaterial für die Folien sind kristalline oder teilkristalline Kunststoffe geeignet. Transparente Kunststoffe wie Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat sind besonders geeignet. Es können auch Folien eingesetzt werden, die in bestimmten optischen oder infraroten Wellenlängenbereichen eine starke Absorption aufweisen. Ein Modul kann Folien aus unterschiedlichen Materialien enthalten.In addition to this simplest structure with a micro-structured film between the two cover layers, the modules can also contain a plurality of micro-structured films stacked one above the other between the two cover layers. The microchannels are then in different planes and have overlap areas seen perpendicular to the film plane. These allow the transition from one level to the next. In this way, arbitrarily linked, three-dimensional channel structures can be built. Crystalline or semi-crystalline plastics are suitable as the polymer material for the films. Transparent plastics such as polycarbonate or polymethyl methacrylate are particularly suitable. Films can also be used which have a strong absorption in certain optical or infrared wavelength ranges. A module can contain foils made of different materials.
Jede Folie kann aus unterschiedlichen Schichten aufgebaut sein. Die einzelnen Schichten können verschiedene Funktionen, wie Klebefunktion oder Abdichtungsfunktionen durch elastische Verformbarkeit, erfüllen. Einzelne Schichten können auch verschiedene Absorptionsspektren aufweisen. In einer Folie kann z.B. ein nicht- absorbierender Kern von absorbierenden Deckschichten eingerahmt sein.Each film can be made up of different layers. The individual layers can perform various functions, such as adhesive function or sealing functions through elastic deformability. Individual layers can also have different absorption spectra. In a film e.g. a non-absorbent core can be framed by absorbent cover layers.
Die Oberflächeneigenschaft der Kanäle bezüglich Adsorption oder Oberflächenpotential kann durch eine Beschichtung der die Kanalwände bildenden Abdeck- schichten oder der Folien gezielt auf eine Anwendung angepaßt werden. MöglicheThe surface properties of the channels with regard to adsorption or surface potential can be specifically adapted to an application by coating the cover layers forming the channel walls or the films. Possible
Beschichtungen sind Polyacrylamid, Polyvinylalkohol, oligomere Alkylamine, nichtionische Detergenzien wie Polyoxyethylenether und polymere Zucker wie Hydroxy- propylmethylcellulose oder Methylcellulose.Coatings are polyacrylamide, polyvinyl alcohol, oligomeric alkylamines, nonionic detergents such as polyoxyethylene ether and polymeric sugars such as hydroxypropylmethyl cellulose or methyl cellulose.
Die Tiefe der Kanäle entspricht der Folienstärke oder deren Vielfaches, wenn mehrere gleich strukturierte Folien übereinander gestapelt werden. Tiefere Kanäle ermöglichen einen höheren Durchsatz. Die mikrostrukturierten Folien haben eine Stärke von 10 bis 1000 μm, vorzugsweise 10 bis 100 μm. Besonders geeignet sind Folienstärken von 25 bis 75 μm.The depth of the channels corresponds to the film thickness or its multiple if several films of the same structure are stacked on top of one another. Deeper channels allow higher throughput. The microstructured films have a thickness of 10 to 1000 μm, preferably 10 to 100 μm. Film thicknesses of 25 to 75 μm are particularly suitable.
Die Länge der Kanäle in der mikrostrukturierten Folie beträgt bevorzugt 1 mm bis 100 mm, besonders bevorzugt sind 5 bis 50 mm. Die Kanalbreite kann maximal der Breite der Folie abzüglich eines Abdichtrandes entsprechen. Sie beträgt vorzugsweise 1 μm bis 5 mm und kann über die Kanallänge konstant sein oder variieren.The length of the channels in the microstructured film is preferably 1 mm to 100 mm, particularly preferably 5 to 50 mm. The channel width can at most correspond to the width of the film minus a sealing edge. It is preferably 1 μm to 5 mm and can be constant or vary over the channel length.
Die Kanäle können jede beliebige Orientierung zueinander und zur Folienbegrenzung annehmen. Neben Kanälen mit rechteckiger Grundform können auch Kanäle mit ge- krümmten Seiten realisiert werden. Durch Stapelung von entsprechend strukturierten Folien können auch senkrechte Kanäle, bei denen die Aussparungen übereinander liegen, oder diagonale Kanäle, bei denen die Aussparungen versetzt übereinander liegen, hergestellt werden.The channels can assume any orientation to one another and to limit the film. In addition to channels with a rectangular basic shape, channels with curved sides can be realized. By stacking appropriately structured foils, vertical channels in which the cutouts lie one above the other or diagonal channels in which the cutouts are offset one above the other can also be produced.
Die obere und die untere Abdeckschicht dienen zur Abdichtung der Kanalstruktur der dazwischen liegenden Folie. Die Abdeckschichten können durch Folien, deren Stärke bei 50 bis 500 μm liegt, oder durch Platten mit einer Stärke größer als 500 μm gebildet werden. Mindestens eine der Abdeckschichten verfugt über mindestens zwei Zugänge zu mindestens einem Mikrokanal. Entsprechende Öffnungen sind in einer oder beiden Abdeckschichten vorhanden. Die Abdeckschichten können transparent sein.The upper and lower cover layers serve to seal the channel structure of the film in between. The cover layers can be formed by foils with a thickness of 50 to 500 μm or by plates with a thickness greater than 500 μm. At least one of the cover layers has at least two accesses to at least one microchannel. Corresponding openings are present in one or both cover layers. The cover layers can be transparent.
Proben-, Reagenzien- und/oder Puffergefäße sind auf der Außenseite mindestens einer Abdeckschicht über den Zugängen zu den darunter liegenden Mikrokanälen angebracht. Über die Proben-, Reagenzien- und Puffergefäße werden die Kanäle befüllt. Über die Proben-, Reagenzien- und Puffergefäße können auch Druckdifferenzen erzeugt oder elektrische Potentiale angelegt werden, um einen Stofftransport in den Kanälen zu bewirken. Die Proben-, Reagenzien- und Puffergefäße können bei Ver- wendung von planaren Platten auch in die äußere Oberfläche der Platten als Makrostruktur eingearbeitet sein.Sample, reagent and / or buffer vessels are attached to the outside of at least one cover layer above the accesses to the microchannels below. The channels are filled via the sample, reagent and buffer vessels. Pressure differences or electrical potentials can also be generated via the sample, reagent and buffer vessels in order to effect mass transport in the channels. The sample, reagent and buffer vessels can also be incorporated into the outer surface of the plates as a macro structure when using planar plates.
In das Modul können Membranen eingebaut werden. Für die Trennung von Makromolekülen, Teilchen, Bakterien, Zellen oder Viren ist häufig eine Membran geeignet, die nach dem Größenausschlußprinzip arbeitet (Ultrafiltrationsmembran). Die Spannweite von Membranen reicht von einem Molekulargewicht von 3000 Dalton für kleine Proteine oder Nukleotide, über Größenausschlußbereiche im unteren nm-Bereich für große Nukleinsäuren und Viren, bis hin zu 0,45 μm für Zellen. Bei den Membranen handelt es sich um mikrostrukturierte Polymere, vorzugsweise um Polyethersulfon (PES), Polyester, vliesgestützten Acrylpolymer, Polytetrafluorethylen (PTFE), Poly- sulfon, Polypropylen (PP), Glasfaser, Nylon oder Polycarbonat. Zusätzlich können Ionenaustauschmembranen und Adsorptionsphasen eingesetzt werden. Die Wahl der Membran richtet sich nach der Art des gewünschten Moleküls und ist mikro strukturunabhängig.Membranes can be installed in the module. A membrane that works according to the size exclusion principle (ultrafiltration membrane) is often suitable for the separation of macromolecules, particles, bacteria, cells or viruses. The range of membranes ranges from a molecular weight of 3000 daltons for small proteins or nucleotides, to size exclusion ranges in the lower nm range for large nucleic acids and viruses, to 0.45 μm for cells. The membranes are microstructured polymers, preferably polyether sulfone (PES), polyester, fleece-based acrylic polymer, polytetrafluoroethylene (PTFE), polysulfone, polypropylene (PP), glass fiber, nylon or polycarbonate. In addition, ion exchange membranes and adsorption phases can be used. The choice of Membrane depends on the type of molecule desired and is micro-structure independent.
Die Membranen können zwischen einer Abdeckschicht und einer mikrostrukturierten Folie und/oder zwischen zwei Folien eingesetzt sein. Sie können auch auf der Außenseite der Abdeckschichten zwischen Abdeckschicht und Proben-, Reagenzien- oder Puffergefäß angebracht sein.The membranes can be inserted between a cover layer and a microstructured film and / or between two films. They can also be attached to the outside of the cover layers between the cover layer and the sample, reagent or buffer vessel.
Die Membranen können als zusätzliche Schicht in das Modul eingebracht sein. Ist die Membran ganzflächig, so tritt ihre Membraneigenschaft nur an den durchströmten Bereichen in Funktion. Sie kann aber auch nur an den Überlappungsbereichen der Kanäle über Membraneigenschaften verfügen.The membranes can be introduced into the module as an additional layer. If the membrane covers the entire surface, its membrane properties only function in the areas through which it flows. However, it can also have membrane properties only at the overlap areas of the channels.
Membranen können auch als Stücke, die nur den durchströmten Kanalbereich an den Überlappungsbereichen der Kanalstrukturen zwischen zwei Folien abdecken oder imMembranes can also be in the form of pieces which only cover the channel area through which flow occurs at the overlap areas of the channel structures between two foils or in the
Übergangsbereich zwischen den Zugängen der Abdeckschicht und den darunterliegenden Kanälen, eingesetzt sein. Eine weitere Möglichkeit ist, daß sich die Membranen direkt in den Zugängen zu den Mikrokanälen in der Abdeckschicht befinden.Transitional area between the entrances of the cover layer and the underlying channels. Another possibility is that the membranes are located directly in the accesses to the microchannels in the cover layer.
Die Wärmezuf hr oder -abfuhr am Modul, kann über die Abdeckschichten durch Kontakt-, Luft- oder Flüssigkühlung der Abdeckschichten erfolgen. Ein besonders intensiver Wärmeaustausch kann über eine Folie erreicht werden, die über viele parallele Mikrokanäle verfügt, durch die ein Flüssigkeits- oder Gasstrom zum Wärme- austausch geleitet werden kann.The supply or removal of heat on the module can take place via the cover layers by contact, air or liquid cooling of the cover layers. A particularly intensive heat exchange can be achieved using a film that has many parallel microchannels through which a liquid or gas flow can be conducted for heat exchange.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Moduls aus Polymermaterialien mit einem Mikrokanalsystem umfaßt das Strukturieren von einer oder mehreren Folien mit den Mikrokanälen und das Verbinden der einen Folie mit den beiden Abdeckschichten oder das Verbinden von mehreren übereinandergestapelten Folien untereinander und mit den beiden Abdeckschichten, so daß die Mikrokanäle abgedichtet sind. Vor der Bearbeitung oder vor dem Zusammenfügen des Moduls können die Folien beschichtet werden. Es können auch Membranen in das Modul eingefügt werden.A method for producing a module from polymer materials with a microchannel system comprises structuring one or more films with the microchannels and connecting the one film with the two cover layers or connecting several stacked films with one another and with the two cover layers so that the microchannels are sealed. The foils can be coated before processing or before assembling the module. Membranes can also be inserted into the module.
Die Mikrostrukturierung der Folien kann durch Ätzverfahren, Laserablation oder Stanzen erfolgen.The foils can be microstructured by etching, laser ablation or punching.
Vorteilhaft ist jedoch ein erfindungsgemäßes Schneideverfahren.However, a cutting method according to the invention is advantageous.
Die zu strukturierende Folie wird auf einer formstabilen und elastischen Unterlage fixiert.The film to be structured is fixed on a dimensionally stable and elastic base.
Zum Schneiden können das Schnittwerkzeug und die Aufnahmeeinheit der zu schneidenden Folie in allen drei Raumrichtungen gegeneinander bewegt werden. In einer besonders vorteilhaften Ausführung des Schneideverfahrens wird die Folie auf einer drehbaren Walze in einem vorgespannten Zustand befestigt.For cutting, the cutting tool and the holding unit of the film to be cut can be moved against each other in all three spatial directions. In a particularly advantageous embodiment of the cutting process, the film is fastened on a rotatable roller in a pretensioned state.
Elastische Folien werden je nach Herstellungsverfahren und Spannungsstruktur des Materials parallel zur Schnittlinie oder quer zur Schnittlinie vorgespannt, um den Schneidevorgang zu optimieren. Der Grad der Vorspannung richtet sich nach dem Elastizitätsmodul der zu schneidenden Folie.Depending on the manufacturing process and the tension structure of the material, elastic films are pretensioned parallel to the cutting line or across the cutting line in order to optimize the cutting process. The degree of preload depends on the modulus of elasticity of the film to be cut.
Das Schnittwerkzeug kann fest oder als drehendes Rundmesser angeordnet sein. Das Rundmesser übt eine schneidende Walzbewegung aus, wobei die Folie unter dem Messer fixiert und nicht verformt wird. Dies ist bei Kunststofffölien mit niedrigem Elastizitätsmodul vorteilhaft. Ein feststehendes Schnittwerkzeug ist vorteilhaft, um exakte Konturen aus einem Material zu schneiden.The cutting tool can be fixed or arranged as a rotating circular knife. The circular knife exerts a cutting rolling movement, whereby the film is fixed under the knife and is not deformed. This is advantageous for plastic films with a low modulus of elasticity. A fixed cutting tool is advantageous for cutting exact contours from one material.
Ein Kanal kann vorteilhaft mit zwei parallel angeordneten Messern entlang seiner Kanten geschnitten werden, wobei der Abstand der Messer der Kanalbreite entspricht. Dieses Vorgehen liefert exakte Schnittflächen und sollte insbesondere gewählt werden, wenn die erforderlichen Kanalbreiten unter 500 μim liegen oder wenn nicht im 90°-Winkel zur Folienoberfläche geschnitten wird, so daß der Kanalquerschnitt von der Rechteckform abweicht. Durch den Parallelschnitt wird die zu schneidende Folie stabilisiert und eine Verschiebung der Folie verhindert.A channel can advantageously be cut along its edges with two knives arranged in parallel, the distance between the knives corresponding to the channel width. This procedure provides exact cut surfaces and should be selected in particular if the required channel widths are less than 500 μm or if the cut is not made at a 90 ° angle to the film surface, so that the channel cross section of deviates from the rectangular shape. The parallel cut stabilizes the film to be cut and prevents the film from moving.
Es können durch eine Vielzahl von parallel stehenden Messer viele parallele Kanäle und auch die parallelen Außenbegrenzungen der Folien gleichzeitig geschnitten werden. Durch die vielfachen Parallelschnitte wird eine schnelle Strukturierung von Folien mit einer Vielzahl von Kanälen erreicht.Many parallel channels and also the parallel outer boundaries of the foils can be cut at the same time by a large number of parallel knives. The multiple parallel cuts enable rapid structuring of foils with a large number of channels.
Sind die Abdeckschichten feste Platten, so können sie durch Spritzguß oder mit anderen gängigen Herstellverfahren für Strukturen aus Polymermaterialien hergestellt werden. Dabei können Proben- und Puffergfäße in einem Stück mit der Abdeckplatte hergestellt werden.If the cover layers are solid plates, they can be produced by injection molding or with other common manufacturing processes for structures made of polymer materials. Sample and buffer vessels can be made in one piece with the cover plate.
Die Verbindung der mikrostrukturierten Folien untereinander und mit den Abdeck- schichten zu einem Modul kann durch Druck, Kleben oder Schweißen erfolgen.The microstructured foils can be connected to one another and to the cover layers to form a module by printing, gluing or welding.
Eine dichte Verbindung durch Druck kann nur mit festen Platten als Abdeckschichten erreicht werden. Der Druck wird von außen auf die beiden Abdeckplatten ausgeübt. Sie werden gegeneinander und auf die dazwischenliegenden Folien gedrückt. Dadurch werden die Kanäle der mikrostrukturierten Folien abgedichtet.A tight connection by pressure can only be achieved with solid panels as cover layers. The pressure is exerted on the two cover plates from the outside. They are pressed against each other and on the foils in between. This seals the channels of the microstructured foils.
Abdeckplatten zeigen auf den Oberflächen mikroskopische Unebenheiten, die in die dazwischenliegenden Folien geprägt werden und zu Leckströmen führen können. Durch die Verwendung von besonders elastischen Folien wie Folien aus thermo- plastischem Polyurethan (TPU) oder mit einer klebstoffartigen Ausgleichsmasse beschichteten Folien können die Undichtigkeiten verhindert werden. Die elastische Folie und die Ausgleichsmasse passen sich den Unebenheiten der Oberfläche an und verschließen sie.Cover plates show microscopic bumps on the surfaces, which are embossed in the intervening foils and can lead to leakage currents. The use of particularly elastic films such as films made of thermoplastic polyurethane (TPU) or films coated with an adhesive-like leveling compound can prevent the leaks. The elastic film and the leveling compound adapt to the unevenness of the surface and seal it.
Die Stärke des Drucks auf die dazwischenliegenden Folien richtet sich nach den elastischen Eigenschaften des verwendeten Folienmaterials. Günstig ist ein Druck der eine Vorspannung der Folie von 5 - 50%, besonders vorteilhaft von 5 - 25% der O 99/59810 . \Q . PCT/EP99/02971The strength of the pressure on the film in between depends on the elastic properties of the film material used. A pressure of 5 to 50%, a particularly advantageous 5 to 25% of the pre-tensioning of the film is favorable O 99/59810. \ Q. PCT / EP99 / 02971
Foliendicke bewirkt. Die Vorspannung wird über die Längenveränderung der Folie gegenüber dem ungespannten Zustand gemessen.Film thickness causes. The preload is measured by changing the length of the film compared to the untensioned state.
Der Druck auf die Abdeckplatten des Moduls wird durch lösbare oder unlösbare Verbindungen aufrechterhalten. Lösbare Verbindungen sind Schrauben, Clips oder Spannelemente. Unlösbare Verbindungen werden durch Nieten oder durch Verschweißen der beiden Abdeckplatten an ihren äußeren Rändern hergestellt. Beim Verschweißen werden die eine oder mehrere Folien zwischen den Abdeckplatten passiv fixiert.The pressure on the cover plates of the module is maintained by detachable or non-detachable connections. Detachable connections are screws, clips or clamping elements. Inseparable connections are made by riveting or welding the two cover plates on their outer edges. When welding, the one or more foils are passively fixed between the cover plates.
Die Folien und Abdeckschichten können durch Kleben dicht miteinander verbunden werden. Der Klebstoff kann selbsthärtend, thermischhärtend oder photohärtend sein.The foils and cover layers can be tightly connected to one another by gluing. The adhesive can be self-curing, thermosetting or photo-curing.
Besonders vorteilhaft sind unlösbare Verbindungen, die durch Verschweißen der Folien und Abdeckschichten direkt an den Rändern der Kanäle entstehen. DasUnreleasable connections are particularly advantageous, which are created by welding the foils and cover layers directly at the edges of the channels. The
Problem der Undichtigkeiten durch Unebenheiten in den Abdeckplatten tritt nicht auf. Die Abdeckschichten müssen nicht formstabil sein. Sie können auch Folien sein.There is no problem of leaks due to unevenness in the cover plates. The cover layers do not have to be dimensionally stable. They can also be slides.
Es gibt verschiedene Methoden für die Verschweißung der Folien untereinander und mit der Abdeckschicht.There are various methods for welding the foils to one another and to the cover layer.
Beim Heißprägen wird durch einseitige Erhitzung mit direktem Kontakt der gewünschte Bereich aufgeschmolzen.In hot stamping, the desired area is melted by one-sided heating with direct contact.
Beim Heizelementschweißen erfolgt im Gegensatz zum Heißprägen der Wärmekontakt beidseitig.In contrast to hot stamping, heating element welding involves thermal contact on both sides.
Das Infrarotstrahluno;sschweißen kann einseitig oder von beiden Seiten erfolgen. Dazu muß mindestens eine der Folien über eine infrarotabsorbierende Schicht verfügen.Infrared beam welding can be carried out on one side or on both sides. For this, at least one of the foils must have an infrared-absorbing layer.
Beim Laserschweißen muß mindestens eine der Folien über eine Schicht verfügen, die das Laserlicht absorbiert. Beim Durchstrahlungsschweißen wird die gesamte ab- sorbierende Schicht geschmolzen. Beim Stumpfschweißen wird nur die Oberfläche aufgeschmolzen. Das Stumpfschweißen kann einseitig oder beidseitig durchgeführt werden.In laser welding, at least one of the foils must have a layer that absorbs the laser light. In radiographic welding, the entire sorbent layer melted. With butt welding, only the surface is melted. Butt welding can be carried out on one side or on both sides.
Beim Ultraschallschweißen wird die erforderliche Energiedichte zum Verschweißen durch Ultraschallwellen erzeugt. Bei Gesamtdicken des Moduls bis zu 1 mm kann mit handelsüblichen Ultraschallschweißgeräten auf den Einsatz von Energierichtungsgebern verzichtet werden, da die Energiemenge pro Materialvolumen auch ohne eine Maßnahme zur Bündelung der Energie ausreicht.In ultrasonic welding, the energy density required for welding is generated by ultrasonic waves. In the case of total module thicknesses of up to 1 mm, the use of energy directors can be dispensed with using conventional ultrasonic welding devices, since the amount of energy per material volume is sufficient even without a measure for bundling the energy.
Beim Hochfrequenzschweißen wird ein elektrisches Wechselfeld hoher Frequenz eingestrahlt. Ein Teil der Energie des elektrischen Wechselfeldes wird im Kunststoff in Wärme umgewandelt. Eine Verschweißung des Moduls aus Polymermaterialien erfolgt, wenn der dielektrische Verlustfaktor tan δ des Polymers größer 0,01 ist, also ein genügend hoher Anteil der Energie des Feldes abgezogen und in Wärme umgesetzt wird.With high-frequency welding, an alternating electric field of high frequency is radiated. Part of the energy of the alternating electrical field is converted into heat in the plastic. The module made of polymer materials is welded when the dielectric loss factor tan δ of the polymer is greater than 0.01, that is to say a sufficiently high proportion of the energy in the field is drawn off and converted into heat.
Als besonders vorteilhaft haben sich das Laser- und Infrarotschweißen herausgestellt.Laser and infrared welding have proven to be particularly advantageous.
Durch Verwendung einer insgesamt oder in einzelnen Schichten absorbierenden, mikrostrukturierten Folie und von transparenten Abdeckschichten kann die Folie selektiv aufgeschmolzen und mit den Abdeckschichten dauerhaft verbunden werden.By using a microstructured film that absorbs all or in individual layers and transparent cover layers, the film can be selectively melted and permanently connected to the cover layers.
Mehrere übereinander gestapelte Folien werden auf diese Weise auch untereinander verbunden. Die Mikrokanalstrukturen sind nicht absorbierend, so daß die Energie großflächig eingestrahlt werden kann und die Kontour der Kanäle nicht exakt nachge- fahren werden muß. Durch Einsatz von unterschiedlich absorbierenden Folien und sukszessivem Aufschmelzen können auch komplexe Schichtstrukturen und damitSeveral foils stacked on top of one another are also connected to one another in this way. The microchannel structures are not absorbent, so that the energy can be radiated in over a large area and the contour of the channels does not have to be followed exactly. By using differently absorbent foils and successive melting, even complex layer structures can be created
Kanalstrukturen aufgebaut werden.Channel structures are built.
Die Oberflächen der Folien, die zur Ausbildung einer Kanalstruktur beitragen und auch die kanalseitigen Flächen der Abdeckschicht können vor dem Schneiden oder vor dem Zusammenfügung beschichtet werden, um Oberflächeneigenschaften wie Biokompatibilität und Oberflächenpotential zu verändern. Die Fixierung von Membranen erfolgt zusammen mit der Verbindung der Folien und Abdeckschichten durch Verpressen, Kleben oder Schweißen. Werden einzelne Membranstücke im Bereich eines Zugangs zu einem Kanal zwischen einer Abdeckschicht und einer Folie oder zwischen zwei Folien eingebracht, so muß die Membran in die Richtungen, in die der Kanal sich fortsetzt, mit der Abdeckschicht oder mit der Folie, die nicht den Kanal trä *0-ζt",) verbunden werden.The surfaces of the films that contribute to the formation of a channel structure and also the channel-side surfaces of the cover layer can be coated before cutting or before assembly in order to change surface properties such as biocompatibility and surface potential. Membranes are fixed together with the connection of the foils and cover layers by pressing, gluing or welding. If individual membrane pieces are introduced in the area of an access to a channel between a cover layer and a film or between two films, the membrane must face the direction in which the channel continues with the cover layer or with the film that does not support the channel * 0-ζt ",) can be connected.
Die erfindungsgemäßen Module mit Mikrokanälen zeichnen sich einerseits durch den Aufbau aus einfachen Standardmaterialien (Polymer-Folien) aus. Die verwendetenThe modules according to the invention with microchannels are distinguished on the one hand by the construction from simple standard materials (polymer films). The used
Polymermaterialien wie Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat sind für eine Vielzahl von Anwendungen einsetzbar, da sie die Eigenschaften Inertanz, Biokompatibilität, elektrische Isolation und Transparenz auf sich vereinigen.Polymer materials such as polycarbonate or polymethyl methacrylate can be used for a large number of applications because they combine the properties of inertness, biocompatibility, electrical insulation and transparency.
Andererseits ist das Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäßen Module einfach und flexibel. Im Vergleich zu den bekannten Silikongießverfahren und Mikrospritz- gußverfahren werden keine Urformen hergestellt, die dann jeweils nur eine Ausführungsform der Mikrokanalstruktur ergeben. Stattdessen können die Folien durch die bekannten Verfahren Ätzen, Laserablation, Stanzen oder besonders vorteilhaft mit dem erfindungsgemäßen Schneideverfahren einfach strukturiert werden. BeimOn the other hand, the manufacturing process for the modules according to the invention is simple and flexible. In comparison to the known silicone casting processes and micro injection molding processes, no original molds are produced, which then only result in one embodiment of the microchannel structure. Instead, the foils can be simply structured using the known methods of etching, laser ablation, punching or particularly advantageously using the cutting method according to the invention. At the
Schneiden werden mit einfachen Schneidewerkzeugen, wie z.B. Rasiermessern beliebige Strukturen geschnitten.Cutting is done with simple cutting tools such as Razors cut any structure.
Auch die Verbindung der Folien zum Modul, insbesondere durch die vorgeschlagenen Laser- und Infrarotschweißverfahren, ist schnell und einfach durchzuführen.The connection of the foils to the module, in particular by means of the proposed laser and infrared welding processes, can also be carried out quickly and easily.
Somit sind die erfindungsgemäßen Module für die automatisierte Massenfertigung geeignet und können auch wegen der preiswerten Materialien kostengünstig hergestellt werden. Polymermaterialien sind außerdem unproblematisch zu entsorgen. Damit lohnt es sich, sie als einmal verwendbare Module zum einmaligen Gebrauch herzustellen. Einmal verwendbare Module haben insbesondere im medizinischen Bereich den Vorteil, daß es nicht zur Verschleppung von Keimen und Verunreinigungen kommen kann, und ihr Einsatz deshalb exaktere Analysen erlaubt und die Sicherheit von Personal und Patient erhöht.The modules according to the invention are therefore suitable for automated mass production and can also be produced inexpensively because of the inexpensive materials. Polymer materials are also easy to dispose of. It is therefore worthwhile to manufacture them as single-use modules for single use. Single-use modules have the advantage, particularly in the medical field, that they do not carry germs and contaminants can come, and their use therefore allows more precise analyzes and increases the safety of staff and patients.
Der Wärmeaustausch ist wegen der geringen Wandstärken der Folien noch effizienter als mit herkömmlichen Systemen mit Mikrokanälen.The heat exchange is even more efficient than with conventional systems with microchannels due to the thin walls of the foils.
Ein Modul aus Polymermaterialien, das beliebige Mikrokanalsysteme enthält, ist geeignet für viele Arten von Anwendungen für Mikrokanalstrukturen. Beispiele für Anwendungen sind das chemische Labor, Polymerase Kettenreaktion (PCR), Immun- diagnostik, Virusanalytik und DNA- Analytik auf dem Chip, Implantate, Dosiereinrichtungen und die Analytik mit miniaturisierten Totalanalysensystemen oder mit mikropräparativen Probenvorbereitungsmodulen für die DNA-Extraktion.A module of polymeric materials containing any microchannel system is suitable for many types of applications for microchannel structures. Examples of applications are the chemical laboratory, polymerase chain reaction (PCR), immunodiagnostics, virus analysis and DNA analysis on the chip, implants, dosing devices and analysis with miniaturized total analysis systems or with micro-preparative sample preparation modules for DNA extraction.
Die Stoffe in den Mikrokanälen können mit optischen Methoden detektiert werden. Dabei können Absorptions- und Fluoreszenzverfahren genutzt werden. Wegen ihrer hohen Empfindlichkeit wird die laserinduzierte Fluoreszenzdetektion häufig eingesetzt. The substances in the microchannels can be detected using optical methods. Absorption and fluorescence methods can be used. Because of its high sensitivity, laser-induced fluorescence detection is often used.
Figuren und BeispieleFigures and examples
Es zeigenShow it
Fig. 1 Schichtaufbau eines Moduls mit einer mikrostrukturierten Folie. Fig. 2 Schichtaufbau eines Moduls mit mehreren mikrostrukturierten Folien.Fig. 1 layer structure of a module with a microstructured film. Fig. 2 layer structure of a module with several microstructured films.
Fig. 3 Einführung von Trennmembranen in den Schichtaufbau.Fig. 3 Introduction of separation membranes in the layer structure.
Fig. 4 Schichtaufbau eines Moduls mit Gefäßen an einer Abdeckschicht.Fig. 4 layer structure of a module with vessels on a cover layer.
Fig. 5 Anordnung zum Schneiden der Folien.Fig. 5 arrangement for cutting the films.
Fig. 6 Modul, das durch Druck verbunden ist. Fig. 7 Manuelle Schneidapparatur zur Mikrostrukturierung von Polymerfolien.Fig. 6 module that is connected by pressure. Fig. 7 Manual cutting apparatus for microstructuring polymer films.
Fig. 8 Fotokopie des lasergeschweißten Schichtaufbaus eines Moduls.Fig. 8 photocopy of the laser-welded layer structure of a module.
Fig. 9 Elektrophoretischer Transport in einer Mikrokanalstruktur.Fig. 9 electrophoretic transport in a microchannel structure.
Fig. 1 zeigt eine Folie 2 mit einer Mikrokanalstruktur 1. Die Stärke der Folie 2 entspricht der Kanaltiefe. Die Folie 2 wird von der unteren Abdeckschicht 3 und der oberen Abdeckschicht 4 eingeschlossen. Die Abdeckschichten bilden die obere und untere Kanalwand. Die Abdeckschicht 4 verfügt über die Zugänge 5 zu der Mikro- kanalstruktur 1 in der Folie 2.1 shows a film 2 with a microchannel structure 1. The thickness of the film 2 corresponds to the channel depth. The film 2 is enclosed by the lower cover layer 3 and the upper cover layer 4. The cover layers form the upper and lower channel walls. The cover layer 4 has the accesses 5 to the microchannel structure 1 in the film 2.
In Fig. 2 befinden sich zwei unterschiedlich mikrostrukturierte Folien 2a und 2b mit den MikroStrukturen la und lb zwischen den Abdeckschichten 3 und 4. Beim Stapeln der Folien entsteht ein Überlapp 11 der beiden Mikrokanäle la und lb. Die Zugänge 5b' und 5b zum Mikrokanal lb in der unteren Folie 2b befinden sich in der Folie 2a und der Abdeckschicht 4. Die Zugänge 5a zum Mikrokanal la in der oberen Folie 2a befinden sich in der Abdeckschicht 4.2 there are two differently microstructured foils 2a and 2b with the microstructures la and lb between the cover layers 3 and 4. When the foils are stacked, an overlap 11 of the two microchannels la and lb is formed. The accesses 5b 'and 5b to the microchannel 1b in the lower film 2b are in the film 2a and the cover layer 4. The accesses 5a to the microchannel la in the upper film 2a are in the cover layer 4.
Verschiedene Möglichkeiten der Einführung der Membranen 6a, 6b und 6c in den Schichtaufbau sind in Fig. 3 dargestellt. Die Membran 6b befindet sich über dem Zugang 5 oberhalb der Abdeckschicht 4. Die Membran 6a befindet sich zwischen der Folie 2 und der Abdeckschicht 4 im Bereich eines Zugangs 5 zu den Mikrokanälen 1 der Folie 2. Die Membran 6c bildet den Durchgang in der Abdeckschicht 4 zu den Mikrokanälen 1 in der Folie 2.Various possibilities for introducing the membranes 6a, 6b and 6c into the layer structure are shown in FIG. 3. The membrane 6b is located above the access 5 above the cover layer 4. The membrane 6a is located between the film 2 and the cover layer 4 in the area of an access 5 to the microchannels 1 the film 2. The membrane 6c forms the passage in the covering layer 4 to the microchannels 1 in the film 2.
Fig. 4 zeigt ein Modul bestehend aus einer Folie 2 mit Mikrokanälen 1 und den Ab- deckschichten 3 und 4. Auf der Abdeckschicht 4 über den Zugängen 5 befinden sich4 shows a module consisting of a film 2 with microchannels 1 and the covering layers 3 and 4. On the covering layer 4 above the accesses 5 there are
Proben-, Reagenzien- und Puffergefäße 7.Sample, reagent and buffer tubes 7.
Fig. 5 zeigt eine Anordnung zum Schneiden der Folien. Auf dem Schneidtisch 10 befindet sich die zu strukturierende Folie 9 unter dem Schneidmesser 8. Die zu struktu- rierenden Folie 9 wird durch eine Kraft 81 in eine Vorspannung gebracht.Fig. 5 shows an arrangement for cutting the films. The film 9 to be structured is located under the cutting knife 8 on the cutting table 10. The film 9 to be structured is preloaded by a force 81.
Fig. 6 zeigt ein Modul, bei dem die strukturierte Folie 13 zwischen zwei formsteifen Abdeckplatten 14 und 15 fixiert ist. Der Druck, durch den die Mikrokanäle in der Folie dicht durch die Abdeckplatten abgeschlossen werden, wird durch die Schraube 12 und/oder die Niete 16 ausgeübt. Zwischen die Abdeckplatten 14 und 15 könnten auch mehrere Folien übereinander gestapelt werden.6 shows a module in which the structured film 13 is fixed between two dimensionally stable cover plates 14 and 15. The pressure by which the microchannels in the film are sealed off by the cover plates is exerted by the screw 12 and / or the rivet 16. A plurality of foils could also be stacked one above the other between the cover plates 14 and 15.
Fig. 7a zeigt eine Schneidapparatur zur Mikrostrukturierung von Polymerfolien. Fig. 7b zeigt eine mikrostrukturierte Folie wie sie mit einer Schneidapparatur nach Fig. 7a hergestellt werden kann. Die Schneidapparatur besteht aus einer drehbaren Walze 18 zur Aufnahme der Folie, einem Handrad mit Rastpositionen 19, einem Paar von Schneidmessern 20 für das Schneiden der seitlichen Begrenzung der Mikrostruktur- folie. Die beiden Schneidmesserpaare 21 werden für das Schneiden der Längskanäle a und b der MikroStruktur verwendet. Die Stanzmesseraufnahme 22 kann verschiedene Stanzmesser zum Stanzen des Querkanals c, zum Stanzen der Strukturbegrenzungen e und zum Stanzen der Folienbegrenzungen f aufnehmen.7a shows a cutting apparatus for microstructuring polymer films. FIG. 7b shows a microstructured film as can be produced with a cutting apparatus according to FIG. 7a. The cutting apparatus consists of a rotatable roller 18 for receiving the film, a handwheel with latching positions 19, a pair of cutting knives 20 for cutting the lateral boundary of the microstructure film. The two pairs of cutting blades 21 are used for cutting the longitudinal channels a and b of the microstructure. The punching knife receptacle 22 can hold various punching knives for punching the transverse channel c, for punching the structure borders e and for punching the film borders f.
Die Führung 23 dient zur Ausführung der mit g bezeichneten Positionsbohrungen.The guide 23 is used to execute the position bores designated by g.
Fig. 8 ist eine Fotokopie eines Moduls. In eine 100 μm dicke, schwarz pigmentierteFigure 8 is a photocopy of a module. In a 100 μm thick, black pigmented
Folie 2 aus Polycarbonat wurden mit der manuellen Schneidappartur aus Fig. 7 Mikrokanäle 1,3 und 4 geschnitten. Die strukturierte Folie wurde zwischen zwei O 99/59810 _ i g _ PCT/EP99/02971Film 2 made of polycarbonate was cut with the manual cutting apparatus from FIG. 7 microchannels 1, 3 and 4. The structured film was between two O 99/59810 _ ig _ PCT / EP99 / 02971
transpararente Folien aus Polycarbonat von 400 μm Stärke gelegt und großflächig um die Kanalstruktur herum mit den transparenten Folien durch einen Infrarotlaser verschweißt (dunkler Bereich). Das so dauerhaft verbundene Modul verfügt über intakte Kanalstrukturen.transparent foils made of polycarbonate of 400 μm thickness and extensively welded around the channel structure with the transparent foils by an infrared laser (dark area). The permanently connected module has intact channel structures.
Fig. 9a zeigt wie der elektrophoretische Transport von fluoreszenzmarkierter DNA im lasergeschweißten Schichtmodul aus Fig. 8 erfolgt. In Fig. 9b ist das Fluoreszenzsignal bei einer Wellenlänge von 520 nm, wie es im dünnen Kanal am Detektor 24 detektiert wird, dargestellt. Unter dem Einfluß der Spannung 25a wird die DNA elektro kinetisch in den breiten Kanal transportiert (Fig. 9a-(a)). Dann wird dieFIG. 9 a shows how the electrophoretic transport of fluorescence-labeled DNA takes place in the laser-welded layer module from FIG. 8. 9b shows the fluorescence signal at a wavelength of 520 nm, as it is detected in the thin channel on the detector 24. Under the influence of the voltage 25a, the DNA is transported electrokinetically into the wide channel (Fig. 9a- (a)). Then the
Spannung 25b zwischen dem breiten und schmalen Kanal angelegt und die DNA wird mit dem Strom in den Querkanal geleitet (Fig. 9a-(b)). Dort bewegt sie sich unter dem Einfluß der Spannung 25c am schmalen Kanal elektrokinetisch am Detektor 24 vorbei (Fig. 9a-(c)). In Fig. 9b tritt ein Detektorsignal erst in der in Fig. 9a-(c) dargestellten Phase auf.Voltage 25b is applied between the wide and narrow channels and the DNA is conducted with the current into the transverse channel (Fig. 9a- (b)). There it moves under the influence of the voltage 25c past the narrow channel electrokinetically past the detector 24 (FIG. 9a (c)). In Fig. 9b, a detector signal only appears in the phase shown in Fig. 9a (c).
Beispiel 1example 1
Zur Herstellung einer mikro strukturierten Folie mit einer manuellen Schneidapparatur aus Fig. 7 wird zunächst ein passendes Stück 100 μm starker Folie mittels Klebeband auf der drehbaren Walze 18 fixiert. Durch Einklappen der beiden Schneidmesserpaare 21 und Drehen des Handrades 19 werden gleichzeitig die Längsschnitte für den Mikrokanal a mit 2 mm Breite mit dem entsprechenden Messerabstand von 2 mm und für den Mikrokanal b mit 100 μm Breite mit dem entsprechenden Messerabstand vonTo produce a micro-structured film with a manual cutting apparatus from FIG. 7, a suitable piece of 100 μm thick film is first fixed on the rotatable roller 18 by means of adhesive tape. By folding in the two pairs of cutting knives 21 and turning the handwheel 19, the longitudinal cuts for microchannel a with a width of 2 mm with the corresponding knife spacing of 2 mm and for microchannel b with 100 μm width with the corresponding knife spacing of
100 μm in die Folie geschnitten. Die Begrenzung der Schnittlänge auf 55 mm erfolgt durch zwei Rastpositionen des Handrades. Durch Einklappen der beiden Schneidmesser 20 und Drehen des Handrades i9 werden die Längsbegrenzungen der Folie mit einen Abstand von 20 mm geschnitten. Die Schnittbegrenzung nach 91 mm erfolgt ebenfalls durch zwei Rastpositionen des Handrades. Das Stanzen der Querschnitte erfolgt nach Einsetzen der jeweiligen Stanzmesser in die Stanzmesseraufnahme 22 durch das Einklappen der Stanzmesser auf die Walze 18 und die darauf befindliche Folie. Auf diese Weise werden der Querkanal c, die obere und untere Begrenzung der Mikrokanäle d und e und die obere und untere Begrenzung der Folie f gestanzt. Für jede Stanzposition existiert eine Rastposition des Handrades. Genauso werden die Justierungsbohrungen g mittels Lochstanzer 23 und zwei Rastpositionen des Handrades erzeugt. Die so hergestellten mikrostrukturierte Folie mit definierten Außenmaßen enthält einen schmalen Kanal b von 100 μm Breite und 55 mm Länge, einen breiten Kanal a von 2 mm Breite und 55 mm Länge und einen schmalen Querkanal c von 100 μm Breite und 4 mm Länge. Die Außenmaße der Folie betragen 20 mm Breite und 91 mm Länge.Cut 100 μm into the film. The cutting length is limited to 55 mm by two locking positions of the handwheel. By folding in the two cutting knives 20 and turning the handwheel i9, the longitudinal limits of the film are cut with a distance of 20 mm. The cut limitation after 91 mm is also done by two locking positions of the handwheel. The cross-sections are punched after inserting the respective punching knives into the punching knife receptacle 22 by folding the punching knives onto the roller 18 and the film located thereon. In this way, the transverse channel c, the upper and lower limits of the microchannels d and e and the upper and lower limits of the film f are punched. There is a locking position of the handwheel for each punching position. In the same way, the adjustment bores g are produced by means of a punch 23 and two locking positions of the handwheel. The microstructured film thus produced with defined external dimensions contains a narrow channel b of 100 μm in width and 55 mm in length, a wide channel a of 2 mm in width and 55 mm in length and a narrow transverse channel c of 100 μm in width and 4 mm in length. The outer dimensions of the film are 20 mm wide and 91 mm long.
Das Ergebnis des Schneidverfahrens ist in der Fotokopie für eine schwarze Polycarbonat-Folie als Photokopie in Fig. 8 dargestellt.The result of the cutting process is shown in the photocopy for a black polycarbonate film as a photocopy in FIG. 8.
Beispiel 2Example 2
Es wurde ein Modul mit einer elastischen, mikro strukturierten Folie aus thermoplastischem Polyurethan (TPU) von 75 μm Stärke und einer Abdichtung durch Anpreßdruck hergestellt.A module with an elastic, micro-structured film made of thermoplastic polyurethane (TPU) of 75 μm thickness and a sealing by contact pressure was produced.
Die Mikrokanalstruktur wurde entsprechend dem Beispiel 1 hergestellt. Die elastischeThe microchannel structure was produced in accordance with Example 1. The elastic
Folie wurde zwischen zwei Platten aus Polycarbonat gelegt und mit 19 Schrauben fixiert. Die spanabhebend gefertigten Platten waren jeweils 6 mm stark und die obere Platte enthielt 4 Bohrungen die jeweils an den Kanalenden in der mikrostrukturierten Folie endeten. Oberhalb dieser Bohrungen befanden sich kleine Pufferreservoirs. Durch festes Anziehen der Schrauben wurde die elastische TPU-Folie so zusammengepreßt, daß sie transparent erschien. In die Pufferreservoirs wurde Tris/Borat-Puffer, der 0.1 molar war und einen pH-Wert von 8.5 hatte, eingefüllt und das gesamte Modul im Vakuum entlüftet. In die Pufferreservoirs wurden Elektroden eingeführt. Das gesamte Modul wurde über Kontaktkühlung mit thermostatisierten Metallflächen auf 10°C abgekühlt. Über die Elektroden wurde zunächst entlang des breiten Kanals eine Spannung von 700 V angelegt und ein Strom von 350 μA gemessen. Beim Anlegen einer Spannung von 1 kV wurde entlang des schmalen Kanals ein Strom von O 99/59810 _ J g _ PCT/EP99/02971Foil was placed between two polycarbonate sheets and fixed with 19 screws. The machined plates were each 6 mm thick and the upper plate contained 4 holes that each ended at the channel ends in the microstructured film. Small buffer reservoirs were located above these holes. By tightening the screws firmly, the elastic TPU film was pressed together so that it appeared transparent. Tris / borate buffer, which was 0.1 molar and had a pH of 8.5, was filled into the buffer reservoirs and the entire module was deaerated in vacuo. Electrodes were inserted into the buffer reservoirs. The entire module was cooled to 10 ° C using contact cooling with thermostatted metal surfaces. A voltage of 700 V was first applied across the wide channel across the electrodes and a current of 350 μA was measured. When a voltage of 1 kV was applied, a current of O 99/59810 _ J g _ PCT / EP99 / 02971
25 μA gemessen. Das Verhältnis der gemessenen Ströme entspricht dem Verhältnis der Kanalquerschnitte von schmalem und breitem Kanal. Das zeigt, daß die elektrische Leitung ausschließlich über die puffergefüllten Kanäle verläuft und das Modul ansonsten elektrisch isolierend ist.25 μA measured. The ratio of the measured currents corresponds to the ratio of the channel cross sections of narrow and wide channels. This shows that the electrical line runs exclusively through the buffer-filled channels and the module is otherwise electrically insulating.
Beispiel 3Example 3
Es wurde ein Modul mit einer schwarz pigmentierten Infrarot-absorbierenden mikrostrukturierten Polycarbonat-Folie von 100 μm Stärke hergestellt. Die Abdichtung des Moduls erfolgte durch Laserschweißen.A module with a black pigmented infrared absorbing microstructured polycarbonate film of 100 μm thickness was produced. The module was sealed by laser welding.
Die Mikrokanalstruktur wurde in der Polycarbonat-Folie im wesentlichen entsprechend dem Beispiel 1 hergestellt. Der Unterschied zum Verfahren aus Beispiel 1 bestand lediglich darin, daß der schmale Kanal mit einer Breite von 200 μm geschnit- ten wurde. Die mikrostrukturierte Folie wurde zwischen zwei weitere transparenteThe microchannel structure was produced in the polycarbonate film essentially in accordance with Example 1. The only difference to the method from Example 1 was that the narrow channel was cut with a width of 200 μm. The microstructured film was between two more transparent
Folien von 400 μm Stärke gelegt, wobei eine der Folien über 4 runde Löcher jeweils an Positionen, die den Enden der langen Kanäle in der mikrostrukturierten Folie entsprechen, verfügt. Die Löcher, die dem schmalen Kanal zugeordnet werden können, haben einen Durchmesser von 400 μim, die dem breiten Kanal entsprechenden Löcher einen Durchmesser von 3 mm. Die Folien wurden mit einer Glasplatte auf einem festen Untergrund zusammengedrückt und mit einem Nd:YAG-Laserstrahl mit einer effektiven Leistung von 8 W großflächig um die MikroStruktur abgetastet. Der Laserstrahl hatte am Ort der Folien einen Durchmesser von 2,2 mm und die Abtastgeschwindigkeit betrug 18 mm/s. Die bestrahlten Bereiche sind in Fig. 8 am intensiveren Schwarz zu erkennen. Obwohl nur von einer Seite bestrahlt wurde, sind die drei Folien dauerhaft und fest verschmolzen. Durch den Schmelzvorgang verengte sich der schmale Kanal von 200 μm auf 120 μm. Beispiel 4Laying foils of 400 μm in thickness, one of the foils having 4 round holes each at positions which correspond to the ends of the long channels in the microstructured foil. The holes that can be assigned to the narrow channel have a diameter of 400 μm, the holes corresponding to the wide channel have a diameter of 3 mm. The films were pressed together on a solid surface with a glass plate and scanned over a large area around the microstructure with an Nd: YAG laser beam with an effective power of 8 W. The laser beam had a diameter of 2.2 mm at the location of the foils and the scanning speed was 18 mm / s. The irradiated areas can be seen in FIG. 8 by the more intense black. Although only one side was irradiated, the three foils are permanently and firmly fused. As a result of the melting process, the narrow channel narrowed from 200 μm to 120 μm. Example 4
Das Modul aus Beispiel 3 wurde mit der Seite, auf der sich die Löcher tragende Folie befindet, mit schnell härtendem Klebstoff gegen eine spanabhebend gefertigte Platte aus Polycarbonat geklebt. Die Platte verfügt über vier Puffergefäße mit Bohrungen von 2 mm Durchmesser, die sich über den Löchern in der Abdeckfolie des Moduls befinden. In die Pufferreservoirs wurde Tris/Borat-Puffer, der 0.1 molar war, 0,1% Methylcellulose enthielt und einen pH-Wert von 8.5 hatte eingefüllt und das gesamte Modul im Vakuum entlüftet. In die Pufferreservoirs wurden Elektroden eingeführt. Das gesamte Modul wurde über Kontaktkühlung mit thermostatisierten Metallflächen auf 10°C abgekühlt. Über die Elektroden wurde zunächst entlang des breiten Kanals eine Spannung von 1 kV angelegt und ein Strom von 270 μA gemessen. Entlang des schmalen Kanals wurde ebenfalls eine Spannung von 1 kV angelegt und ein Strom von 25 μA gemessen. Das zeigt, daß die elektrische Leitung ausschließlich über die puffergefüllten Kanäle verläuft und das Modul ansonsten elektrisch isolierend ist.The module from Example 3 was glued with the side on which the hole-carrying film is located to a machined polycarbonate plate using fast-curing adhesive. The plate has four buffer vessels with holes of 2 mm in diameter, which are located above the holes in the cover film of the module. Tris / borate buffer, which was 0.1 molar, contained 0.1% methyl cellulose and had a pH of 8.5, was introduced into the buffer reservoirs and the entire module was deaerated in vacuo. Electrodes were inserted into the buffer reservoirs. The entire module was cooled to 10 ° C using contact cooling with thermostatted metal surfaces. A voltage of 1 kV was first applied across the electrodes along the wide channel and a current of 270 μA was measured. A voltage of 1 kV was also applied along the narrow channel and a current of 25 μA was measured. This shows that the electrical line runs exclusively through the buffer-filled channels and the module is otherwise electrically insulating.
Das so präparierte Modul wurde mit dem Versuchsaufbau gemäß Fig. 9 getestet. Dazu wurde zusätzlich ein laserinduzierter Fluoreszenzdetektor 24 oberhalb der MikroStruktur positioniert. Das Laserlicht eines Argon-Ionen-Lasers mit 488 nm Wellen- länge wurde mit einem Lichtleiter in einem Winkel von 45° auf die Moduloberfläche eingestrahlt. Ein zweiter Lichtleiter wurde so positioniert, daß er unter einem Winkel von 90° zur Moduloberfläche emittiertes Licht, dem Detektor 24 zuleitete. In ein Pufferreservoir des breiten Kanals wurde mit einem Fluoreszenzmarker interkalierte DNA, das 10 mikromolar war, gefüllt. Durch Anlegen einer Spannung von 700 V wurde die DNA entlang des breiten Kanals transportiert (Fig. 9a-(a)). Nach 3 min wurde eine Spannung von 1 kV für 10 Sekunden zwischen breitem und schmalem Kanal angelegt, um die DNA über den Querkanal zu transportieren (Fig. 9a-(b)). Nach Umschalten der Spannung auf 1 kV entlang des schmalen Kanals wurde die DNA über ihre Fluoreszenzwellenlänge bei 520 nm nachgewiesen. Das Nachweis- signal ist bei (c) in Fig. 9b zu erkennen. The module prepared in this way was tested with the experimental set-up according to FIG. 9. For this purpose, a laser-induced fluorescence detector 24 was additionally positioned above the microstructure. The laser light from an argon-ion laser with a wavelength of 488 nm was irradiated onto the module surface at an angle of 45 ° using a light guide. A second light guide was positioned such that it directed light emitted at an angle of 90 ° to the module surface to the detector 24. DNA that was intercalated with a fluorescence marker that was 10 micromolar was filled into a wide channel buffer reservoir. The DNA was transported along the wide channel by applying a voltage of 700 V (FIG. 9a (a)). After 3 minutes, a voltage of 1 kV was applied for 10 seconds between the wide and narrow channels in order to transport the DNA across the transverse channel (FIG. 9a (b)). After switching the voltage to 1 kV along the narrow channel, the DNA was detected via its fluorescence wavelength at 520 nm. The detection signal can be seen at (c) in FIG. 9b.

Claims

Patentansprüche claims
1. Modul aus Polymermaterialien mit einem Mikrokanalsystem, bestehend aus einer oder mehreren übereinanderliegenden Polymer-Folien mit Aussparungen in Form der Mikrokanalstruktur, wobei die offenen Kanäle auf der Ober- und1. Module made of polymer materials with a microchannel system, consisting of one or more superimposed polymer films with recesses in the form of the microchannel structure, the open channels on the top and
Unterseite der Folie oder des Folienstapels durch eine obere und eine untere Abdeckschicht abgeschlossen werden und mindestens eine der Abdeckschichten mindestens zwei Zugänge zu mindestens einem Mikrokanal enthält.The underside of the film or the film stack can be closed off by an upper and a lower cover layer and at least one of the cover layers contains at least two accesses to at least one microchannel.
2. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckschichten und/oder Folien transparent sind.2. Module according to claim 1, characterized in that the cover layers and / or films are transparent.
3. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien Strahlung mit Wellenlängen im optischen oder Infrarot-Bereich absorbieren.3. Module according to claim 1, characterized in that the foils absorb radiation with wavelengths in the optical or infrared range.
4. Modul nach einem der Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, daß Folien aus Polycarbonat oder Polymethymethacrylat verwendet werden.4. Module according to one of claims 1, characterized in that films made of polycarbonate or polymethymethacrylate are used.
5. Modul nach einem der Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien aus unterschiedlichen Schichten aufgebaut sind, von denen mindestens eine5. Module according to one of claims 1, characterized in that the films are made up of different layers, at least one of which
Schicht Klebefunktion, Absorptionsfunktion oder elastische Abdichtungsfunktion hat.Layer adhesive function, absorption function or elastic sealing function.
6. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien und/oder die die Kanalwände bildenden Abdeckplatten auf der kanalzugewandten Seite beschichtet sind.6. Module according to one of claims 1 to 5, characterized in that the foils and / or the cover plates forming the channel walls are coated on the side facing the channel.
7. Modul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschichtung Poly- acrylamid, Polyvinylalkohol, oligomere Alkylamine, nichtionische Detergen- zien wie Polyoxyethylenether oder polymere Zucker wie Hydroxypropyl- methylcellulose oder Methylcellulose verwendet werden. 7. Module according to claim 6, characterized in that for coating polyacrylamide, polyvinyl alcohol, oligomeric alkylamines, nonionic detergents such as polyoxyethylene ether or polymeric sugars such as hydroxypropyl methyl cellulose or methyl cellulose are used.
8. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die8. Module according to one of claims 1 to 7, characterized in that the
Folien eine Stärke von 10 - 1000 μm, vorzugsweise 10 - 100 μm, besonders bevorzugt von 25 - 75 μm haben.Films have a thickness of 10-1000 μm, preferably 10-100 μm, particularly preferably 25-75 μm.
9. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß9. Module according to one of claims 1 to 8, characterized in that
Kanallängen 1 mm bis 100 mm, bevorzugt 5 - 50 mm und die Kanalbreiten vorzugsweise 1 μm bis 5 mm betragen.Channel lengths 1 mm to 100 mm, preferably 5 - 50 mm and the channel widths are preferably 1 μm to 5 mm.
10. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf der kanalabgewandten Seite von einer oder beiden Abdeckschichten über den Zugängen zu den Mikrokanälen Proben-, Reagenzien- und/oder Puffergefäße befinden.10. Module according to one of claims 1 to 9, characterized in that on the side facing away from the channel of one or both cover layers above the accesses to the microchannels are sample, reagent and / or buffer vessels.
11. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine oder mehrere Trennmembranen im Zugangsbereich zum Mikrokanal zwischen einer äußeren Abdeckschicht und einer Folie oder zwischen zwei Folien im Überlappungsbereich der Mikrokanäle oder direkt in den Zugängen in der Abdeckschicht befinden.11. Module according to one of claims 1 to 10, characterized in that one or more separating membranes are located in the access area to the microchannel between an outer cover layer and a film or between two films in the overlap area of the microchannels or directly in the accesses in the cover layer.
12. Verfahren zur Herstellung eines Moduls aus Polymermaterialien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Folien mikrostrukturiert werden und die eine mikrostrukturierte Folie mit den Abdeckschichten verbunden wird oder mehrere übereinander liegende mikrostrukturierte Folien untereinander und mit den Abdeckschichten verbunden werden, so daß die Kanäle in der oder den mikro strukturierten Folien abgedichtet werden.12. A method for producing a module from polymer materials according to claim 1, characterized in that one or more foils are microstructured and the one microstructured foil is connected to the cover layers or several superimposed microstructured foils are connected to one another and to the cover layers, so that the Channels in the or the micro-structured films are sealed.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrostrukturierung der Folien durch Ätzen, Laserablation, Stanzen und/oder Schneiden erfolgt. 13. The method according to claim 12, characterized in that the microstructuring of the films is carried out by etching, laser ablation, punching and / or cutting.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien vorgespannt weden und die einzelnen Kanäle in Längsrichtung durch zwei parallel angeordnete Messer geschnitten werden, wobei der Abstand der Messer der Kanalbreite entspricht und die Begrenzung der Kanäle in Querrichtung durch Schneiden oder Stanzen erfolgt.14. The method according to claim 13, characterized in that the foils are pretensioned and the individual channels are cut in the longitudinal direction by two knives arranged in parallel, the distance between the knives corresponding to the channel width and the channels being limited in the transverse direction by cutting or punching.
15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien und die Abdeckschichten durch Druck, Kleben oder Verschweißen miteinander verbunden werden.15. The method according to claim 12, characterized in that the films and the cover layers are connected to one another by pressure, gluing or welding.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Abdeckschicht feste Platten verwendet werden, die durch Schrauben, Clips, Spannelemente, Nieten oder Verschweißen verbunden werden und Druck auf die zwischen den Abdeckschichten befindlichen Folien ausüben.16. The method according to claim 15, characterized in that solid plates are used as the cover layer, which are connected by screws, clips, clamping elements, rivets or welding and exert pressure on the foils located between the cover layers.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien und die Abdeckschichten durch Heißprägen, Heizelementschweißen, Infrarotstrahlungsschweißen, Laserschweißen, Ultraschallschweißen oder Hochfrequenzschweißen miteinander verbunden werden.17. The method according to claim 15, characterized in that the foils and the cover layers are joined together by hot stamping, heating element welding, infrared radiation welding, laser welding, ultrasonic welding or high-frequency welding.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckschichten transparent sind und die eine oder mehrere mikrostrukturierten Folien im optischen oder Infrarot-Bereich absorbieren und die unverbundene Anordnung mit Strahlung in einer Wellenlänge, die der Ab- sorptionswellenlänge der Folien entspricht, bestrahlt und zu einem Modul verschmolzen wird.18. The method according to claim 17, characterized in that the cover layers are transparent and absorb the one or more microstructured films in the optical or infrared range and the unconnected arrangement with radiation in a wavelength that corresponds to the absorption wavelength of the films, irradiated and is merged into a module.
19. Verfahren zur Herstellung eines Moduls nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckschichten auf der kanalzugewandten Seite und/oder die Folien vor dem Schneiden beschichtet werden. Verfahren zur Herstellung eines Moduls nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Verbinden der Folien und der Abdeckschichten Trennmembranen eingesetzt werden. 19. A method for producing a module according to any one of claims 12 to 18, characterized in that the cover layers on the side facing the channel and / or the films are coated before cutting. Method for producing a module according to one of Claims 12 to 19, characterized in that separating membranes are used before the foils and the cover layers are connected.
PCT/EP1999/002971 1998-05-14 1999-05-03 Microstructured films WO1999059810A2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU40358/99A AU4035899A (en) 1998-05-14 1999-04-21 Microstructured films
JP2000549457A JP2002515351A (en) 1998-05-14 1999-05-03 Microstructured film
EP99923506A EP1079928A2 (en) 1998-05-14 1999-05-03 Microstructured films

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1998121627 DE19821627A1 (en) 1998-05-14 1998-05-14 Module with microchannel system useful in miniaturized processing or analysis systems e.g. PCR or immunoassays
DE19821627.0 1998-05-14

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO1999059810A2 true WO1999059810A2 (en) 1999-11-25
WO1999059810A3 WO1999059810A3 (en) 2000-03-16

Family

ID=7867754

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP1999/002971 WO1999059810A2 (en) 1998-05-14 1999-05-03 Microstructured films

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP1079928A2 (en)
JP (1) JP2002515351A (en)
AU (1) AU4035899A (en)
DE (1) DE19821627A1 (en)
WO (1) WO1999059810A2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004537033A (en) * 2001-02-22 2004-12-09 プラント・バイオサイエンス・リミテッド Method for isolating charged compounds
JP2009063597A (en) * 2002-04-30 2009-03-26 Arkray Inc Aperture formation method for assay tool
US9118042B2 (en) 2007-03-21 2015-08-25 Intelligent Energy Limited Fluidic distribution system and related methods

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2416431C (en) * 2000-07-28 2011-02-01 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Method for processing fluid flows in a micro component reformer system
JP2002174610A (en) * 2000-12-08 2002-06-21 Nec Corp Biosensor and liquid sample measurement method using biosensor
GB0126281D0 (en) * 2001-11-01 2002-01-02 Astrazeneca Ab A chemical reactor
US7279134B2 (en) * 2002-09-17 2007-10-09 Intel Corporation Microfluidic devices with porous membranes for molecular sieving, metering, and separations
JP4683538B2 (en) * 2004-05-06 2011-05-18 セイコーインスツル株式会社 Analysis system and analysis method including microchip for analysis
DE102005007707A1 (en) * 2004-09-27 2006-03-30 Powerfluid Gmbh Recuperator, microchannel recuperator, foil, use of a film and method for producing and operating a recuperator
JP2009507655A (en) * 2005-09-09 2009-02-26 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Manufacturing method of micro system, micro system, laminated body of foil having macro system, electronic device having micro system, and use of electronic device
DE102006010956A1 (en) * 2006-03-06 2007-09-13 Directif Gmbh Valve for use in micro-fluidic system, has flexible diaphragm arranged such it is pressed in concave recess using pressure exerting unit and is fixed at distance to recess on support rising against surface of carrier
CN103236556B (en) * 2007-03-21 2016-06-08 智能能源有限公司 Electrochemical cell system and correlation technique
DE102008051091B3 (en) 2008-10-09 2010-06-10 Bleckmann Gmbh & Co. Kg Plate heat exchanger and an arrangement of such and a fluid heating
JP5892551B2 (en) * 2010-06-30 2016-03-23 株式会社メタボスクリーン Microchemical chip, method for producing the same, and method for using the same
JP6057166B2 (en) * 2013-01-18 2017-01-11 大日本印刷株式会社 Structure, method for manufacturing structure, and method for manufacturing molded article
JP5685630B2 (en) * 2013-07-19 2015-03-18 Jfeエンジニアリング株式会社 Microchip
EP3245002A4 (en) 2015-01-14 2018-08-01 Pixcell Medical Technologies Ltd. Disposable cartridge for sample fluid analysis
DE102018003495B4 (en) * 2018-04-30 2020-10-22 I.G. Bauerhin Gmbh Seat occupancy detection element

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2184536A1 (en) * 1972-05-19 1973-12-28 Anvar Very low temperature heat exchangers - partic suitable for helium 3 and helium 4
US5250263A (en) * 1990-11-01 1993-10-05 Ciba-Geigy Corporation Apparatus for processing or preparing liquid samples for chemical analysis
US5500071A (en) * 1994-10-19 1996-03-19 Hewlett-Packard Company Miniaturized planar columns in novel support media for liquid phase analysis
DE19652823A1 (en) * 1996-12-18 1998-03-26 Guenter Prof Dr Fuhr Three dimension micro-system spacers

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2184536A1 (en) * 1972-05-19 1973-12-28 Anvar Very low temperature heat exchangers - partic suitable for helium 3 and helium 4
US5250263A (en) * 1990-11-01 1993-10-05 Ciba-Geigy Corporation Apparatus for processing or preparing liquid samples for chemical analysis
US5500071A (en) * 1994-10-19 1996-03-19 Hewlett-Packard Company Miniaturized planar columns in novel support media for liquid phase analysis
DE19652823A1 (en) * 1996-12-18 1998-03-26 Guenter Prof Dr Fuhr Three dimension micro-system spacers

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004537033A (en) * 2001-02-22 2004-12-09 プラント・バイオサイエンス・リミテッド Method for isolating charged compounds
JP2009063597A (en) * 2002-04-30 2009-03-26 Arkray Inc Aperture formation method for assay tool
US9118042B2 (en) 2007-03-21 2015-08-25 Intelligent Energy Limited Fluidic distribution system and related methods
US9728796B2 (en) 2007-03-21 2017-08-08 Intelligent Energy Limited Fluidic distribution system and related methods

Also Published As

Publication number Publication date
AU4035899A (en) 1999-12-06
EP1079928A2 (en) 2001-03-07
WO1999059810A3 (en) 2000-03-16
DE19821627A1 (en) 1999-11-18
JP2002515351A (en) 2002-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO1999059810A2 (en) Microstructured films
DE19947495C2 (en) Microfluidic microchip
DE60105979T2 (en) METHOD FOR PRODUCING MICROSTRUCTURES WITH DIFFERENT SURFACE PROPERTIES IN A MULTILAYER BODY BY PLASMA SETS
DE19952764C2 (en) Microanalyzer
DE69532741T2 (en) MINIATURIZED FULL-LAYERED PLANAR LIQUID SAMPLE HANDLING AND ANALYSIS DEVICE
DE60208235T2 (en) MICROFLUIDIC DEVICES WITH DISTRIBUTION ENCLOSURES
EP2263797B1 (en) Sample chamber
DE69535176T2 (en) MINIATURIZED, FLAT COLONS FOR APPLICATION IN A DEVICE FOR SEPARATING LIQUID PHASES
EP1654065B1 (en) Flow cell consisting of layers and connection means
DE10309583A1 (en) Microplate with an integrated microfluidic system for parallel processing of tiny fluid volumes
DE112014000923B4 (en) Microfluidic chip with dielectrophoretic electrodes extending in a hydrophilic flow path
DE10227593A1 (en) Flow circuit microdevice
WO2001021384A1 (en) Method for linking two plastic work pieces without using foreign matter
EP1054735A1 (en) Miniaturized temperature-zone flow reactor
DE102012206042B4 (en) Method and device for targeted process control in a microfluidic processor with integrated active elements
EP1370858A2 (en) Electrophoresis device and the use thereof
EP1165227B1 (en) Microcolumn reactor
DE102004062874B4 (en) Multi-channel type microfluidic chip and electrokinetic micropower cell using such a microfluidic chip
EP1333937B1 (en) Method for the connection of plastic pieces
EP1286773B1 (en) Micro-titre plate or chip with an embedded support core
DE102004051394B4 (en) Method for moving small amounts of liquid in microchannels and microchannel system
DE10032873A1 (en) Miniaturized device for ion analysis and method for using the same
DE102008048064A1 (en) Microfluidic valve, microfluidic pump, microfluidic system and a manufacturing process
DE10154601A1 (en) Micro-component used in production of semiconductors comprises substrate having planar surface and micro-channel, covering plate on planar surface, electro-spraying emitter, and sample inlet gate
EP1579982B1 (en) Method for surface solvent welding of a plastic part to another part

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BY CA CH CN CU CZ DE DK EE ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MD MG MK MN MW MX NO NZ PL PT RO RU SD SE SG SI SK SL TJ TM TR TT UA UG US UZ VN YU ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): GH GM KE LS MW SD SL SZ UG ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE BF BJ CF CG CI CM GA GN GW ML MR NE SN TD TG

DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
AK Designated states

Kind code of ref document: A3

Designated state(s): AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BY CA CH CN CU CZ DE DK EE ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MD MG MK MN MW MX NO NZ PL PT RO RU SD SE SG SI SK SL TJ TM TR TT UA UG US UZ VN YU ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A3

Designated state(s): GH GM KE LS MW SD SL SZ UG ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE BF BJ CF CG CI CM GA GN GW ML MR NE SN TD TG

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1999923506

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: KR

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 09700326

Country of ref document: US

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 1999923506

Country of ref document: EP

REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: 8642

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: CA

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Ref document number: 1999923506

Country of ref document: EP