用于可取出地存储微量液体的微结构装置和用于取出存储在该装置中的液体的方法

摘要

一种用于可取出地存储微量液体的微结构装置具有下列特征：该装置具有一个基体(1)；该装置具有一个第一空腔(4)，它具有至少一个第一区段用于存储微量液体；第一空腔(4)的第一区段成形在基体(1)中；第一区段通过一个遮盖元件(2)和一个阻塞元件(3)封闭；该装置具有一个机构用于将作用力从遮盖元件(2)传递到阻塞元件(3)，此作用力这样破坏阻塞元件与基体之间的连接或者这样破坏阻塞元件，使得可以从空腔(4)的第一区段中取出液量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于取出地存储微量液体的微结构装置和一种用于取出存储在此装置中的液体的方法。

背景技术

由现有技术已知微结构装置，它们具有板状基体，在其中加入单侧槽孔。这些槽孔通过通道与取出腔连接，通过取出腔可以从装置中取出液体。此外槽孔通过一个输入通道与一个输入腔连接，通过输入腔可以将一个试样或一个浆液放进装置。试样可以根据输送力原理例如根据毛细力或压力原理输送到槽孔中并从那里通过取出通道到达取出孔。将所谓的容器首先装进敞开的槽孔。对于这个容器涉及塑料容器，在其中加入例如试剂液。通过一个物体尖端这样打开容器，使位于容器中的液体可以从容器中排出，以便与通过输入通道输送到槽孔里的液体混合。由现有技术已知的容器是统一的并可以装进微结构装置的不同基体里面。所述基体一般具有多个槽孔，在槽孔中可以装进具有通常不同试剂液的不同容器。

对于用于可取出地存储液体的微结构装置使用容器的缺陷是，该装置的设计由于容器的形状而预定。该容器要求在基体中配有适配于容器的槽孔。因此槽孔不能对于每个基体特殊地构成，这对于要被存储的液体可能导致过高的充填密度。另一缺陷是，首先要花费较大的费用使液体进入容器，然后将容器装进基体。这一点可以简化，可以将液体直接存储在基体里面。

发明内容

因此本发明的目的是，建议一种用于可取出地存储微量液体的微结构装置，其中能够实现一个尽可能灵活的槽孔布置和结构，并且槽孔能够直接将液体存储在基体或装置中，而不必使用特殊的容器。

按照本发明这个目的通过一个如权利要求1所述的微结构装置得以实现。这种微结构装置可以用于如权利要求20所述的方法。

一个用于可取出地存储微量液体的微结构装置包括一个基体，其中在基体中一个空腔配有至少一个第一区段用于存储微量液体。该空腔的第一区段在基体中由槽孔形成。这个第一区段通过一个遮盖元件和一个阻塞元件封闭并且还有利地通过由基体构成的侧壁限定。按照本发明的装置具有一个机构用于将一个作用力从遮盖元件传递到阻塞元件。通过这个作用力可以破坏阻塞元件与基体之间的材料锁合连接或者可以破坏阻塞元件本身，使得可以从空腔的第一区段中取出液量。

因此对于按照本发明的装置该液量不像现有技术中那样存储在一个特殊容器里面。而是将液量直接存储在装置上的一个空腔里面，该空腔本身由遮盖元件和阻塞元件以及由基体构成的侧壁限定。通过破坏阻塞元件或阻塞元件与基体之间的连接或者移动阻塞元件可以外露一个开孔，通过此开孔可以从空腔中取出存储在空腔中的液体。

对于一个有利构成的微结构装置所述基体是一体的。这意味着，所述第一空腔在一个由一体构成的基体中成形。与由多个部件制成的基体或一个其第一空腔不是基体的组成部分或者不在基体中形成的微结构装置不同，通过基体一体化可以实现一个紧凑且简单的结构形式。这个结构尤其有利于微结构装置的加工。

按照本发明所述阻塞元件和基体可以一体地相互连接。同样可以使阻塞元件与基体相互粘接或者使阻塞元件夹紧在基体上。

按照本发明在基体与阻塞元件之间的连接或者阻塞元件本身可以具有一个给定断开位置，在该位置上能够方便地破坏阻塞元件或阻塞元件与基体之间的连接。

按照本发明所述阻塞元件和基体可以形状锁合地相互连接。尤其是能够通过施加到遮盖元件上的作用力使阻塞元件相对于基体移动到一个释放位置，在该位置可以从第一空腔中取出液体。

所述遮盖元件按照本发明可以是一个膜片、一个薄膜或一个(微)结构板。

所述遮盖元件可以通过层压、封印或粘接与基体连接。同样可以使遮盖元件喷涂金属。

按照本发明装置的遮盖元件可以这样构成，在施加一个用于破坏阻塞元件与基体之间的连接或者用于破坏阻塞元件的最小作用力时该遮盖元件本身不会被破坏。尤其为了在遮盖元件不会被破坏的情况下使液体易于从空腔的第一区段中排出，可以这样调整按照本发明的装置，使它包围用于固定遮盖元件的部件，通过它在施加最小作用力时所述遮盖元件可以保持在一个偏移位置里面。由此能够在最小(外部)作用力去除后遮盖元件也保持在偏移位置并由此也在空腔第一区段内部保持压力。

同样能够这样构成一个按照本发明装置的遮盖元件，在施加一个用于破坏阻塞元件与基体之间的连接或用于破坏阻塞元件的最小作用力时，至少在一个给定断开位置破坏遮盖元件。该给定断开位置在遮盖元件中可以包围在遮盖元件的一个区域内，该区域小于由基体与阻塞元件之间的给定断开位置所包围的区域。由此能够使遮盖元件或由给定断开位置的遮盖元件包围的遮盖元件区域可以通过一个被阻塞元件释放的开孔透压。

一个按照本发明的装置可以包括一个用于破坏遮盖元件的机构，通过它在施加最小作用力时可以破坏遮盖元件。如果遮盖元件被破坏，可以对空腔的第一区段通气，由此易于从空腔的第一区段排出液体。

一个按照本发明的装置可以包括用于固定阻塞元件的部件，通过它在施加最小作用力后可以使阻塞元件保持在一个偏移位置，以防止由阻塞元件释放的开孔通过阻塞元件又重新封闭。如果由阻塞元件释放的开孔持续地敞开，则存储于空腔第一区段里的液体在最小作用力去除后也易于从第一区段中排出。作为用于固定阻塞元件的部件所述阻塞元件可以具有一个定位钩，它在阻塞元件的偏移位置定位在基体的一个凸起或类似部件上。作为用于固定阻塞元件的部件同样可以设有一个圆锥形槽孔，阻塞元件在作用力施加到遮盖元件上时顶进并夹紧固定到该槽孔中。

按照本发明装置的力传递机构可以包括存储在空腔第一区段中的液体。此外力传递机构可以包括一个推杆，它可以安置在遮盖元件或阻塞元件上。一个这样的推杆可以安置在遮盖元件上。

作为可以将力传递到按照本发明装置上的机构的推杆可以安置在遮盖元件与阻塞元件之间空腔的中心。也可以选择将推杆不设置在遮盖元件与阻塞元件之间空腔的中心，而是设置在靠近空腔第一区段的其中一个壁上。因此使通过推杆施加的作用力不作用在阻塞元件的中心。这一点使阻塞元件优选在设置推杆的区域被破坏或者破坏在此区域内的阻塞元件与基体之间的连接。

在阻塞元件与基体之间的给定断开位置可以在除所谓的铰链区以外的阻塞元件上包围推杆的固定区。由此能够使阻塞元件通过最小的作用力不完全由与基体的连接中脱开，而是通过铰接区与基体固定地保持连接。由此使所述阻塞元件一定地铰接支承在基体上。与用于固定阻塞元件的部件相结合，铰接地支承在基体上的阻塞元件固定在对于基体敞开的位置上。所述铰接区最好是推杆与基体空腔的第一区段的一个壁间隔尽可能大地距离的区域。在这个铰链区的对面作为固定阻塞元件的部件可以在阻塞元件上配有定位钩。

一个按照本发明装置的推杆可以在一个指向阻塞元件的末端上具有一个尖端。

一个按照本发明的装置可以在背离空腔第一区段的阻塞元件侧面上包括一个对准阻塞元件的心杆。

通过阻塞元件根据作用力在这个心杆尖端方向上的运动可以破坏阻塞元件，由此使液体从第一空腔或空腔的第一区段中取出。

按照本发明所述空腔的第一区段可以圆柱形地构成。同样可以使第一区段截锥形地构成以便易于脱模。

按照本发明在空腔的第一区段上可以连接一个第二区段或一个第二空腔，它们通过阻塞元件与第一区段隔开。至少空腔第二区段或第二空腔但有利地也包括空腔和空腔的第一区段具有壁，它们可被液体浸润。

所述空腔的第二区段或第二空腔按照本发明可以具有一个取出孔。该取出孔对于一个按照本发明的装置可以设于空腔第二区段的一个壁或第二空腔的一个壁内甚至设于一个尽可能直接邻接(anstossen)基体与阻塞元件之间的给定断开位置的区域内。由此能够使由空腔第一区段排出的液体以尽可能简单的路径到达第二区段或第二空腔中的取出孔。

在所述取出孔后面可以联接一个通道。

在空腔的第二区段或在第二空腔和/或在连接在取出孔后面的通道中可以设有一个增强毛细力的机构。这个增强毛细力的机构用于使液体在通道或通过取出孔的输送加速或实现。对于增强毛细力的机构可以是一个微结构元件，如小沟、碑、柱或类似体或者是一个无纺布衬层。同样能够实现微结构元件与无纺布衬层组合地构成毛细力增强机构。

此外一个输入通道可以通入空腔的第二区段或第二空腔。

对于按照本发明装置，第二区段的至少一个壁可以至少局部地相对于第一区域的至少一个相邻的壁回缩。这个回缩的区段可以环槽形地构成。

按照本发明此装置可以具有一个用于破坏遮盖元件的机构。

附图说明

下面借助于附图详细描述用于按照本发明的用于取出地存储微量液体的微结构装置的实施例。附图中：

图1至12a  分别以截面图示出微结构装置的一个实施例，

图13  为在执行操纵以后的图1中的装置，

图14  为按照图9中XIV-XIV截切线的装置截面图，

图15  为另一实施例的相应截面图，

图16  为一个按照本发明装置的俯视图，具有多个空腔用于容纳微量液体，

图17  为一个在施加一个最小作用力之前的按本发明装置的实施例，

图17a  为在施加最小作用力之后的图17中的实施例，

图17b  为图17和图17a的实施例的俯视图。

具体实施方式

在图1至16中所示的微结构装置实施例非常类似，因此相互对应的部分设有相同的标记符号。

在图1中以截面图表示的实施例有利地具有一个板状基体1，在其中加入两个侧面相互对置的槽孔，它们由一个阻塞元件3相互隔开。其中一个槽孔的开口通过一个遮盖元件2封闭，由此在遮盖元件2、阻塞元件3与槽孔侧壁之间构成一个第一空腔4。这个第一空腔4完全充满微量液体。同样可以使第一空腔4只局部地充满液量并含有一个小气泡。另一槽孔通过薄膜6封闭，它贴覆在基体1的表面上，在其中具有槽孔。由此构成一个第二空腔5，它由阻塞元件3、薄膜6和槽孔的侧壁限定。

此外所述基体1具有一个通孔8，它在一面同样由薄膜6封闭。这个通孔构成一个取出腔，它通过一个取出通道7与第二空腔5连接。

所述阻塞元件3具有一个环绕的给定断开位置10，它通过在面对第二空腔5的一侧上的材料减薄构成。

存储在第一空腔4里面的微量液体可以如下所述从第一空腔4中被取出。通过作用于遮盖元件2上的作用力使遮盖元件向着液量方向顶压。因为液量基本上是不可压缩的，所以施加到遮盖元件2上的作用力被传递到阻塞元件3。如图13所示，这个作用力使阻塞元件3中间部分沿着环绕的给定断开位置10与其余的阻塞元件3上断开并因此使第一空腔4与第二空腔5产生连通。由于输送力，在此至少是压力、重力或毛细管力使液体从第一空腔4输送到第二空腔5、通道7进入取出腔8。在此有利地是在第二空腔5或在取出腔8里面加入一个液体或固体形成的试剂或试样，原先存储在第一空腔里面的液量与试剂反应或混合。

在图2中所示的实施例与图1中所示的实施例的不同之处是，所述第一空腔4没有完全充满液量。而是在液面与遮盖元件2之间还保留一个充气空间。为了使作用于遮盖元件2上的释放液量的作用力可以传递到阻塞元件10上，在遮盖元件2与阻塞元件3之间设有一个推杆，它一体地与阻塞元件的中间部分连接。

与图1所示的实施例不同，在图3中所示的实施例具有一个阻塞元件，它没有给定断开位置10。代替它的是，为了破坏阻塞元件3在遮盖元件的底面上固定一个心杆13，它以其尖端对准阻塞元件3。如果通过一个作用力向阻塞元件3方向顶压遮盖元件2，则心杆13通过其尖端刺入阻塞元件3，以取消阻塞元件3的阻塞作用。存储在第一空腔4里面的液体可以穿过通过心杆13在阻塞元件中产生的开孔进入第二空腔5。

在图4中示出一个与图3类似的实施例，但是其中第一空腔4完全被液体充满，而在薄膜6上安置一个向阻塞元件3方向凸起的心杆14，它起到使阻塞元件3破坏以释放液量的作用。通过作用于遮盖元件2上的作用力，通过第一空腔4中的液量使阻塞元件3向心杆14方向偏移，该心杆通过其尖端刺入阻塞元件，并将其破坏。因此使液量可以从第一空腔4进入到第二空腔5中。

在图5中所示的按照本发明的微结构装置的实施例与图2所示装置类似地构成。与图2所示实施例不同的是，在图5中所示的实施例在遮盖元件2上具有一个环绕的给定断开位置11。一旦通过一个作用力向下顶压遮盖元件的中间区域，则使给定断开位置11断开而推杆12顶压阻塞元件3的中间部分上，阻塞元件也接着沿着给定断开位置10断开。存储在第一空腔4中的液体可以进入第二空腔5，其中第一空腔4同时通过遮盖元件2上的开口通气。通入的空气使液体易于从第一空腔4流入到第二空腔5中。

在图5a中示出在图5中所示实施例的一个变型。对于该变型所述给定断开位置在阻塞元件10中包括一个基本上圆形的区域，它完全包围推杆12。遮盖元件2上的给定断开位置11也包括一个圆形区域，推杆12撞击其底面。在此，在遮盖元件2中被给定断开位置11包围的区域具有一个明显小于被给定断开位置10包围的阻塞元件区域的直径。这一点导致在施加在这种情况下足以使遮盖元件2或阻塞元件3上的给定断开位置10、11被破坏的最小作用力时，使断开的区域通过推杆12可以向下压进第二空腔5。由此一方面防止通过阻塞元件3外露的开口再封闭，使液体可以从空腔4进入第二空腔5。另一方面能够实现空腔4充气，它同样使液体易于从空腔4进入第二空腔5。

此外对于按照图5a的按本发明装置的变型，在取出通道7以及第二空腔5的一个区域里面在取出通道前面设有一个无纺布衬层21。这个无纺布衬层起到增加毛细管力的作用，它能够使进入第二空腔5的液体通过取出通道8加速输送。

在图6中示出的一个按照本发明的微结构装置的实施例基本对应于在图1中所示的装置，但是其中与图1所示装置不同之处是，在图6中所示的装置没有圆柱形构成的第一空腔。而是在图6中所示实施例的第一空腔圆锥形地向阻塞元件3方向收缩并因此基本截锥形地构成。

按照图7的实施例基本对应于图1的实施例，但是具有一个附加的输入通道9，它通向第二空腔5。通过这个输入通道9可以将第二液体输送到第二空腔5中，它在阻塞元件3被破坏后与来自第一空腔4的液量混合。对于输送的液体可以与第一空腔4中的液量一样也是一个试样、一个试剂液或浆液。

在图8中所示的实施例同样具有一个第一空腔4和一个第二空腔5，其中图8所示的按照本发明的装置与图1至7所示的装置不同地制成。图8所示实施例的基体具有一个单面在基体中制出的盲孔形槽孔，它通过一个粘接在侧壁之间的阻塞元件3分成第一空腔4和第二空腔5。从位于槽孔对面的基体一侧，通道9、7从基体外面通到第二空腔5，它们通向第二空腔5。在此一个通道构成一个输入通道9，而另一通道构成一个取出通道7。在第一空腔4与第二空腔5之间粘接的、压入的或收缩的阻塞元件3具有一个以已知方式和方法构成的给定断开位置10，在该位置上可以破坏阻塞元件3。此外第一空腔4完全被液体充满，因此作用在遮盖元件2上的作用力起到破坏阻塞元件3的作用，由此可以使第一空腔4中的液体进入第二空腔5。

图9和14示出一个实施例，它配有一个特殊机构用于破坏遮盖元件2。该破坏机构由一个楔形地突进第一空腔4的第一空腔4侧壁的凸起15构成。这个凸起构成一个尖端，它顶靠在遮盖元件2上。当遮盖元件2通过作用力向下顶压时，凸起15的尖端压进遮盖元件2并破坏它。由此实现一种方法，在通过破坏阻塞元件3释放存储在第一空腔4中的液体时使第一空腔4排气，这将易于使液体从第二空腔5中排出。如同在图14中所示的那样，第一空腔具有一个圆形横截面。

在图15中示出一个类似装置的横截面，但它是扇形的。这个形状具有优点，在具有多个这种第一空腔的如在图16所示的那样的装置中可以相互间紧凑地设置许多第一空腔。另外图15示出另一可选择的机构用于破坏遮盖元件2，它由一个楔子16构成，该楔子安装在第一空腔4侧壁的一个缺口里面，与图14的凸起15类似在施加作用力时可以破坏遮盖元件2。

在图16中所示的按照本发明装置的俯视图表示，一个按照本发明的装置有利地具有多个第一空腔4和与其相关的阻塞元件3。设置在第一空腔4下面的第二空腔(未示出)通过一个未示出的输入通道与一个输入腔17连接并通过一个取出通道与取出腔8连接。另外所述输入腔17也可以相互连接。

在图10中示出一个用于微结构装置的实施例，它在基体1中具有一个有一个台阶的通孔。由此使通孔在台阶以上具有一个比台阶以下更大的直径。在台阶上顶靠一个构成阻塞元件3的膜片，它具有一个对应于通孔内径的外径。通过阻塞元件3将通孔分成两个相互分开的部分，即第一空腔和第二空腔5，其中第一空腔4通过遮盖元件2封闭而第二空腔通过薄膜6封闭。此外该装置具有一个以已知方式和方法构成的通道7以及一个以已知方式和方法构成的取出腔8。

在图17至17b中所示的实施例具有一个空腔4和一个第二空腔5，它们在横截面上基本上是椭圆的。在两个空腔4、5之间设置阻塞元件3。这个阻塞元件3与基体1一体地连接。此外该阻塞元件3与一个推杆12一体地连接，该推杆在阻塞元件3的第一端部装在一个向上封闭空腔4的遮盖元件2与阻塞元件3之间。在阻塞元件的这个第一端部上在阻塞元件3与基体1之间设有一个给定断开位置10，它从这个端部开始沿着空腔4、5的侧壁延伸到对面的端部，其中对面的第二端部不配有给定断开位置。当在遮盖元件2上施加破坏阻塞元件所需的最小作用力时，该阻塞元件沿着给定断开位置从基体1撕裂。然后该阻塞元件3只通过第二端部与基体1连接。因此这个第二区域提供了一个铰接区域，在其上可摆动地支承阻塞元件。

在第二空腔5中在阻塞元件3的第一端部形成一个台阶。这个台阶与阻塞元件3第一端部上的定位钩20共同起作用，该定位钩作为使阻塞元件固定在一个偏移位置的部件，在最小作用力施加到遮盖元件2上之后。所述定位钩20通过阻塞元件3的断开和偏移向下卡进到第二空腔5壁上的台阶下面。在不再将最小作用力施加到遮盖元件2上之后，在这个偏移位置上液体也可以从空腔4流进第二空腔5。

在第二空腔5的底部在一个中间区域和端部配有无纺布衬层21。这个无纺布衬层起到增加毛细力的作用，以使进入第二空腔5的液体通过一个取出通道7输送到取出腔8。

在图11中示出的实施例与上述装置不同具有许多特征，其中相同的特征配有相同的标记符号。按照图11装置的基体1a、1b两件地构成并具有一个板状上部件1a和一个板状下部件1b。该上部件具有一个圆锥形槽孔，在其上连接一个圆柱形孔。在圆柱形孔中密封地装进一个最好略微弹性的球体，它构成装置的遮盖元件2。安置在上部件1a底面上的基体下部件1b与上部件1a的槽孔或遮盖元件2同心地具有一个第一圆柱区段、一个圆锥区段和一个第二圆柱区段，在其上连接一个有利地从底面制出的圆柱形槽孔。在第一槽孔的第二圆柱形区段中密封地装进一个球体作为阻塞元件3，它使第一圆柱形区段和圆锥形区段与从下部件1b底面制出的槽孔分开。因此第一圆柱区段和圆锥区段构成几乎完全充满液体的第一空腔4。在下部件1b的底面上贴覆一个薄膜6，由此从底面制出的圆锥形槽孔构成第二空腔。通过作用于遮盖元件2上的作用力经由第一空腔4中的液体使阻塞元件3压进第二空腔5，由此使液体流进第二空腔并由这个空腔通过通道7可以取出。

在此第一空腔的直径例如可以为1至3mm，最好为1.5mm。对于第二空腔也是如此。所述阻塞元件3和遮盖元件2可以具有0.5至0.7mm的直径。

按照图1至10的实施例的第一空腔的直径可以为2至8mm，最好为2至5mm。高度可以为1至7mm而体积为10至100mm3。所述基体1以及阻塞元件3可以由聚苯乙烯或聚碳酸酯制成。

在图12中所示的实施例与其余实施例的不同之处是只具有一个空腔，它具有一个第一区段4a、一个第二区段5a。该空腔可变化地分成第一区段4a和第二区段5a。在此分隔通过一个阻塞元件实现，它在第一区段的侧壁之间可移动地支承。这个阻塞元件通过一个推杆12与同样可移动地支承在第一区段4a中的遮盖元件2连接。另外在空腔上部的面对第一区段4a的第二区段5a区域，空腔的侧壁环槽形地回缩。

在图12中所示的装置可以如下所述工作。首先将由阻塞元件3、推杆12和遮盖元件2构成的结构部件这样多地从第一区段4a中拉出来，使遮盖元件2从第一区段4a中突出来。通过一个在此在遮盖元件2与空腔第一区段4a的上端之间产生的缝隙可以使液体充满空腔4a。为了使液体存储在空腔的第一区段4a里面，使由阻塞元件3、推杆12和遮盖元件2组成的结构部件向下移动，遮盖元件2直到密封地顶靠在空腔第一区段4a的侧壁上。如果要释放存储在空腔第一区段4a中的液量，使遮盖元件2通过作用力向下移动。使阻塞元件3突进空腔第二区段5a上端上的环槽形区段中。通过环槽在空腔的第一区段4a与第二区段5a之间建立一个流体技术的连接，使得液体可以从第一区段4a进入第二区段5a。

在图12a中示出按照图12的实施例的变型。这个变型的不同之处是，空腔的第二区段5a与第一区段4a相比具有一个较大的直径。通过这个台阶可以通过施加外力使遮盖元件、推杆12和阻塞元件11完全向下移动，使得遮盖元件2、阻塞元件3和推杆12完全移进空腔的第二区段5a中并可以落入这个区段。如果由遮盖元件2、阻塞元件3和推杆12组成的部件处在空腔的第二区段5a里，则保证液体进入第二区段5a，或者通过空腔的第二区段5a进入取出通道7。

一个按照本发明的装置能够使液量在进行反应或其它化学过程释放出来之前，在较长的时间里存储在一个空腔中。不再需要到目前为此常见的小的安装在基体里面的容器，它们必需事先充满液体然后通过工具刺破。而是将液体直接存储在基体里面，这具有优点，能够使液量紧凑地布置在基体上并且也可以完全按照实际需要自由地选择存储液体的空腔的几何(尺寸)。