DE102013009970A1

DE102013009970A1 - Micro macro connection for microfluidic systems and use of an electrical leak detection device

Info

Publication number: DE102013009970A1
Application number: DE102013009970.6A
Authority: DE
Inventors: Daniel Jussen; Martina Pohl
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 2013-06-13
Filing date: 2013-06-13
Publication date: 2014-12-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mikro-Makroverbindung für mikrofluidische Systeme sowie Verwendung einer elektrischen Leckdetektionsvorrichtung. Erfindungsgemäß wird eine Mikro-Makroverbindung eines mikrofluidischen Systems mit einer elektrischen Leckdetektionsvorrichtung ausgestattet. Dabei sind Leiterbahnen mit einer Unterbrechung des Stromkreises, die ein elektrisches Signal erzeugen können, wenn sich der Stromkreis durch eine elektrisch leitende Flüssigkeit, die ausgetreten ist, schließt, um eine Mikro-Makroverbindung herum angeordnet. Die Leckdetektion ist insbesondere für mikrofluidische Chips geeignet.The invention relates to a micro-macro connection for microfluidic systems and the use of an electrical leak detection device. According to the invention, a micro-macro connection of a microfluidic system is equipped with an electrical leak detection device. In this case, conductor tracks with an interruption in the circuit, which can generate an electrical signal when the circuit closes due to an electrically conductive liquid that has leaked, are arranged around a micro-macro connection. Leak detection is particularly suitable for microfluidic chips.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mikro-Makroverbindung für mikrofluidische Systeme sowie die Verwendung einer elektrischen Leckdetektionsvorrichtung.The invention relates to a micro-macro-compound for microfluidic systems and the use of an electrical leak detection device.

Bei mikrofluidischen Systemen werden kleinste Flüssigkeitsströme durch Kapillaren geführt.In microfluidic systems, the smallest fluid flows are conducted through capillaries.

Dabei ist es erforderlich, die durch die Kapillaren geführten Flüssigkeiten von einem Flüssigkeitsvorrat in den Eingang der Kapillaren zu führen. Hierzu werden sogenannte Mikro-Makroverbindungen eingesetzt. Dabei handelt es sich um eine Verbindung mikrofluider Komponenten mit gängigen Anschlusssystemen, wie beispielsweise 1/16 Zoll Kapillaren oder HPLC Kopplungen mit größerem Querschnitt.It is necessary to guide the guided through the capillaries liquids from a liquid reservoir into the entrance of the capillaries. For this purpose, so-called micro-macro compounds are used. It is a combination of microfluidic components with common connection systems, such as 1/16 inch capillaries or HPLC couplings with a larger cross-section.

Problematisch ist die leckfreie Verbindung zwischen dem Eingang zur Kapillare oder zum Eingang einer Zufuhr zur Kapillare und der Zuleitung, die einen größeren Querschnitt aufweist, als die Kapillare oder die Zufuhr der Kapillare.The problem is the leak-free connection between the inlet to the capillary or to the inlet of a supply to the capillary and the supply line, which has a larger cross-section than the capillary or the supply of the capillary.

Insbesondere zur Realisierung komplexer Versuchsaufbauten werden die mikrofluidischen Kanäle in Chips eingearbeitet, in welchen sich dann die entsprechenden Kanäle befinden. Zur Verbindung unterschiedlicher Module, wie zum Beispiel Pumpen, Zuleitungen, Reaktionssystem und Probeentnahme, eines mikrofluidischen Versuchsaufbaus werden entsprechende Anschlüsse und Kopplungen benötigt. Insbesondere die leckfreie Verbindung von makro- und mikrofluiden Komponenten ist hierbei problematisch.In particular, for the realization of complex experimental setups, the microfluidic channels are incorporated into chips, in which then the corresponding channels are located. To connect different modules, such as pumps, supply lines, reaction system and sampling, a microfluidic experimental setup corresponding connections and couplings are required. In particular, the leak-free connection of macro- and microfluidic components is problematic here.

Das Problem kommt in der Praxis beispielsweise bei der Zuleitung von Flüssigkeiten in mikrofluidischen Chips zum Tragen.The problem comes in practice for example in the supply of liquids in microfluidic chips to fruition.

Bisher wurde ein sich bildendes Leck nur durch visuelle Beobachtung festgestellt. Andere Möglichkeiten wurden bisher nicht realisiert.So far, a developing leak has only been detected by visual observation. Other options have not been realized so far.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine alternative Möglichkeit zur Leckdetektions bei mikrofluidischen Systemen zur Verfügung zu stellen, die genau ist und einen schnellen Eingriff in den Prozess ermöglicht, wenn ein Leck an der Mikro-Makroverbindung auftritt.It is therefore the object of the invention to provide an alternative leak detection capability in microfluidic systems which is accurate and allows rapid intervention in the process when a leak occurs at the micro-macro-compound.

Ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen sowie dem nebengeordneten Anspruch.Starting from the preamble of claim 1, the object is achieved with the features stated in the characterizing part of claim 1 and the independent claim.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und der erfindungsgemäßen Verwendung ist es nunmehr möglich, eine schnelle und einfache Leckdetektion bei Mikro-Makroverbindungen für mikrofluidische Systeme zur Verfügung zu stellen, die einen schnellen Eingriff des Experimentators ermöglicht.With the device according to the invention and the use according to the invention, it is now possible to provide a quick and easy leak detection in micro-macro-connections for microfluidic systems, which allows a quick intervention of the experimenter.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.

In Folgenden wird die erfindungsgemäße Leckdetektionsvorrichtung in ihrer allgemeinen Form beschrieben.In the following, the leak detection device according to the invention will be described in its general form.

In einem Flüssigkeitsvorrat befinden sich eine oder mehrere Flüssigkeiten, die einer Kapillare zugeführt werden sollen.In a liquid reservoir are one or more liquids to be supplied to a capillary.

Hierzu ist ein Vorratsbehälter über eine Leitung mit einer Mikro-Makroverbindung verbunden, die die Zuleitung der Flüssigkeit in die Kapillare ermöglicht.For this purpose, a reservoir is connected via a line with a micro-macro connection, which allows the supply of liquid into the capillary.

Bei den Mikro-Makroverbindungen kann es sich beispielsweise um Quetschverbindungen, Magnetkopplungen, Verschraubungen oder Kanülen, die eingesteckt werden, handeln.The micro-macrocompounds can be, for example, crimp connections, magnetic couplings, screwed connections or cannulas which are inserted.

Erfindungsgemäß wird eine elektrische Leckdetektionsvorrichtung verwendet, die ein Austreten von Flüssigkeit, insbesondere Wasser oder wässrige Lösungen, detektieren kann.According to the invention, an electrical leak detection device is used, which can detect leakage of liquid, in particular water or aqueous solutions.

Die elektrische Leckdetektionsvorrichtung besteht aus Leiterbahnen mit einer Unterbrechung des Stromkreises, die ein elektrisches Signal erzeugen können, wenn sich der Stromkreis durch eine elektrisch leitende Flüssigkeit, die ausgetreten ist, schließt.The electrical leak detection device consists of traces with a circuit break that can generate an electrical signal when the circuit closes by an electrically conductive liquid that has leaked.

Die elektrischen Leiterbahnen können in unterschiedlicher Geometrie angeordnet sein. Entscheidend ist nur, dass es sich um eine Anordnung handelt, bei der die Leiterbahnen unterbrochen sind und bei der die Unterbrechung bei einem Kontakt mit der austretenden Flüssigkeit geschlossen wird.The electrical conductor tracks can be arranged in different geometries. The decisive factor is that it is an arrangement in which the interconnects are interrupted and in which the interruption is closed in contact with the exiting liquid.

Beispielhaft kann ein mit einer Spannung beaufschlagter Draht oder ein elektrischer Leiter um den Querschnitt der Flüssigkeitsleitung gelegt sein und an einer Stelle unterbrochen sein. Der Abstand der elektrischen Leiterbahnen, zwischen denen sich der Querschnitt der Flüssigkeitsleitung bzw. die Mikro-Makroverbindung für mikrofluidische Systeme befindet, kann dabei beispielsweise 2 bis 4 mm betragen. Jedoch sind auch kleinere oder größere Durchmesser möglich.By way of example, a wire loaded with a voltage or an electrical conductor may be placed around the cross-section of the liquid line and interrupted at one point. The distance of the electrical conductor tracks, between which the cross section of the liquid line or the micro-macro-compound for microfluidic systems is located, can be for example 2 to 4 mm. However, smaller or larger diameters are possible.

Alternativ können zwei Leiterbahnen um den Querschnitt der Flüssigkeitsleitung und/oder der Mikro-Makroverbindung herum gelegt sein, wobei sich die beiden Leiterbahnen nicht berühren und eine elektrische Leiterbahn geschlossen und die andere elektrische Leiternbahn nicht geschlossen ist. Beide elektrische Leiterbahnen haben dabei verschiedene Abstände zu der Flüssigkeitsleitung. Bei Austritt einer elektrisch leitenden Flüssigkeit schließt sich der Stromkreis und es wird ein elektrisches Signal erzeugt, das das Leck anzeigt.Alternatively, two tracks may be placed around the cross-section of the liquid line and / or the micro-macro link, with the two tracks not touching and one electrical track closed and the other electrical track not closed. Both electrical conductors have different distances to the liquid line. Upon leakage of an electrically conductive liquid, the circuit closes and generates an electrical signal indicative of the leak.

Der der Kapillare zugewandte Teil der Mikro-Makroverbindung kann beispielsweise eine Ebene aufweisen, durch die die Leitung nach Durchlauf der Mikro-Makroverbindung tritt, auf der eine elektrische Leckdetektionsvorrichtung aufgebracht ist. Alternativ kann die elektrische Leckdetektionsvorrichtung auch um die Leitungen oder die Mikro-Makroverbindung herumgewickelt sein. Die Geometrie der Leiterbahnen kann individuell an die Geometrie der Mikro-Makroverbindung angepasst sein.The capillary-facing part of the micro-macro-compound may, for example, have a plane through which the lead passes after passing through the micro-macro-compound on which an electrical leak detection device is applied. Alternatively, the electrical leak detection device may also be wrapped around the leads or the micro-macro-compound. The geometry of the conductor tracks can be adapted individually to the geometry of the micro-macroconnection.

Beispielhaft kann die erfindungsgemäße Leckdetektionsvorrichtung auf einem mikrofluidischen Chip aufgebracht sein. Dabei können eine oder mehrere Eintritte von Zuleitungen in die Kapillaren des Chips und/oder ein oder mehrere Flüssigkeitsausgänge aus den Kapillaren des Chips in der oben beschriebenen Art mit elektrischen Leiterbahnen ausgestattet sein.By way of example, the leak detection device according to the invention can be applied to a microfluidic chip. In this case, one or more inlets of feed lines into the capillaries of the chip and / or one or more liquid outlets from the capillaries of the chip in the manner described above can be equipped with electrical conductor tracks.

Die Figuren zeigen beispielhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.The figures show exemplary embodiments of the device according to the invention.

Es zeigt:It shows:

1: Eine Aufsicht auf eine Leckdetektionsvorrichtung. 1 : A view of a leak detection device.

2: Eine Aufsicht auf eine Leckdetektionsvorrichtung. 2 : A view of a leak detection device.

3: Ein mikrofluidischer Chip mit einer elektrischen Leckdetektionsvorrichtung 3 : A microfluidic chip with an electrical leak detection device

In 1 ist eine elektrische Leckdetektionsvorrichtung in Form von zwei Leitungen 1 und 2 dargestellt, die einen Querschnitt einer Mikro-Makroverbidnung 3 umschließen, wobei sich die Leitungen 1 und 2 jedoch nicht berühren, so dass bei angelegter Spannung kein Strom fließt. In Teilfigur a) ist die elektrische Leckdetektionsvorrichtung ohne eine ausgetretene Flüssigkeit dargestellt. In Teilfigur b) ist die Projektion einer austretenden Flüssigkeit 4 zu sehen, die den Stromkreis schließt, wenn sie elektrisch leitend ist.In 1 is an electrical leak detection device in the form of two lines 1 and 2 showing a cross section of a micro macro compound 3 enclose, with the lines 1 and 2 however, do not touch so that no current flows when the voltage is applied. In sub-figure a), the electrical leak detection device is shown without a leaked liquid. In subfigure b) is the projection of an exiting liquid 4 seeing that closes the circuit when it is electrically conductive.

2 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer elektrischen Leckdetektionsvorrichtung, in der die Leitungen 1 und 2 zueinander geometrisch anders angeordnet sind als in 1. Gleiche Merkmale haben in dieser Figur die selben Bezugszeichen, wie in 1. Teilfigur a) ist ohne ausgetretene Flüssigkeit dargestellt. In Teilfigur b) ist die elektrische Leckdetektionsvorrichtung mit austretender Flüssigkeit dargestellt. 2 shows an alternative embodiment of an electrical leak detection device in which the lines 1 and 2 are geometrically arranged differently than in 1 , Identical features have the same reference numerals in this figure as in FIG 1 , Part figure a) is shown without leaked liquid. In subfigure b) the electrical leakage detection device is shown with leaking liquid.

In 3 ist ein mikrofluider Chip 5 dargestellt.In 3 is a microfluidic chip 5 shown.

In Teilfigur a) ist der Querschnitt einer Mikro-Makroverbindung 3 dargestellt, um den zwei Leitungen 1 und 2 der elektrischen Leckdetektion gelegt sind. In dem mikrofluiden Chip ist eine Kapillare 6 dargestellt.In sub-figure a) is the cross-section of a micro-macro compound 3 shown to the two wires 1 and 2 the electrical leak detection are laid. In the microfluidic chip is a capillary 6 shown.

Teilfigur b zeigt deinen mikrofluiden Chip 5 mit einer Leckdetektionsvorrichtung im Querschnitt. In ihr ist die Oberfläche des Chips 5 die Ebene 7, auf der die elektrische Leckdetektion, bzw. deren Leitungen 1, 2, aufgebracht sind.Part figure b shows your microfluidic chip 5 with a leak detection device in cross section. In it is the surface of the chip 5 the level 7 on which the electrical leak detection, or their lines 1 . 2 , are applied.

Beispiel:Example:

Bei Mikro- zu Makroverbindungen in mikrofluidischen Systemen stellt die Leckdetektion eine Herausforderung in der Mikrofluidik dar. Diese Verbindungen sind sehr anfällig für Leckagen, obwohl eine Vielzahl unterschiedlicher Systeme verfügbar ist.In micro-to-macro compounds in microfluidic systems, leak detection poses a challenge in microfluidics. These compounds are very susceptible to leakage, although a variety of different systems are available.

Um dieses Problem zumindest zu erkennen, wurde das Prinzip der elektrischen Leckdetektion für mikrofluidische Verbindungen entwickelt. Hierbei werden Leiterbahnen mit entsprechenden Unterbrechungen des Stromkreises direkt auf dem mikrofluidischen Chip angebracht oder auf den Chip und/oder die Verbindungsports aufgelegt. Im Falle eines Lecks der mikrofluidischen Verbindung kann somit durch Schließen des Stromkreises die leckende Verbindung sowie der Zeitpunkt des Lecks bestimmt werden. Die Geometrie der Leiterbahnen kann hierbei an die Geometrie der Verbindungen angepasst sein.To at least recognize this problem, the principle of electrical leak detection for microfluidic compounds has been developed. In this case, conductor tracks with appropriate interruptions of the circuit are mounted directly on the microfluidic chip or placed on the chip and / or the connection ports. In the case of a leak of the microfluidic compound can thus be determined by closing the circuit, the leaking compound and the timing of the leak. The geometry of the conductor tracks can be adapted to the geometry of the connections.

Claims

Micro-macro-compound for microfluidic systems, characterized in that it is equipped with an electrical leak detection device.

Micro-macro-compound for microfluidic systems according to claim 1, characterized in that the electrical leak detection device consists of two lines ( 1 . 2 ) to which voltage is applied and which do not contact each other and which, when in contact with a conductive liquid, form a closed circuit enabling the detection of leakage of a conductive liquid from the micro-macro-compound.

Micro-macro-compound for microfluidic systems according to claim 1 or 2, characterized in that the lines ( 1 . 2 ) of the leak detection device around the cross-section of a capillary, via the micro-macro-compound and a conduit is connected to a supply of liquid, or is wrapped around the micro-macro compound.

Micro-macro-compound for microfluidic systems according to claim 1 or 2, characterized in that the lines ( 1 . 2 ) of the leak detection device are mounted on a plane located on the capillary-facing side of the micro-macro-compound.

Micro-macro-compound for microfluidic systems according to one of claims 1 to 4, characterized in that it is mounted on a microfluidic chip.

Micro-macro-compound for microfluidic systems according to one of claims 1 to 5, characterized in that the spacing of the lines ( 1 . 2 ) of the leak detection device, between which the micro-macrofluidic connection or a liquid line or capillary is located, is 2 to 4 mm.

Use of an electrical leak detection device for the detection of micro-macro-compound leaks for microfluidic systems.