WO2009132616A2 - Supply system - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a supply system, in particular a supply system for perfusion.
- Prior art supply systems are known for perfusion, consisting of several reservoirs for liquids, each of which is connected via a conduit to a mixing chamber which supplies the mixed liquid to a substrate to be perfused via a drain.
- These devices are confusing in structure, take up a lot of space, are therefore not easy and a germ-free operation can not be guaranteed.
- the prior art devices require a high experimental design skill in order to ensure the tightness of the devices. Furthermore lead the supply systems according to the prior art
- the tightness of the device should allow pressurization of, for example, 7 bar without escaping gas or liquid to the outside.
- the supply system should be immune to interference and a simple predictability of the flow parameters, such as flow rate
- the liquid supplied to the substrate should be easy and as accurate as possible to temper.
- the invention comprises a supply system to a substrate or a sample, comprising at least two feed lines to a mixing chamber and a discharge from the mixing chamber, wherein the feed system is formed by a layer system of at least two layers, of which the first layer is a flow element, into which the mixing chamber, at least two channels leading into the mixing chamber and an exit channel leading from the mixing chamber to a sample or a substrate, are embedded and the second layer is sealingly applied to the first layer.
- Operation is inexpensive and the supply system is easy to manufacture and build.
- the liquid-carrying flow element is easy to replace.
- the supply system according to the invention can be applied to higher pressures, such as 7 bar, without affecting the tightness and reliability. Cross-contamination between different channels can be prevented.
- the feed system according to the invention is robust against external influences, and the flow parameters in each channel can be easily calculated. A temperature control is also possible in a simple manner and very accurately. Through a simple-to-produce flow element of the experimental setup can be customized to the problem or the desired conditions.
- Fig. 1 A side view of the device according to the invention
- Fig. 2a A plan view of the inventive device
- Fig. 2b An advantageous embodiment of the reservoir
- FIG. 1 shows a supply system with storage containers 1, Ia, Ib, which are intended for receiving a liquid. They are each equipped with a pressure source 2, 2a, 2b, which are connected via a pressure regulator 3, 3a, 3b with the reservoirs 1, Ia, Ib. At the storage containers 1, Ia, Ib, there is in each case a supply line 4, 4a, 4b which is equipped with a valve 5, 5a, 5b.
- the feed lines 4, 4a, 4b equipped with the valves 5, 5a, 5b lead into a layer system 6 with a layer 7 serving as a flow element and a cover layer 8 mounted above.
- a further layer 9 is attached underneath the layer 7 serving as a flow element the serving as a flow element layer 7 presses against the cover layer.
- channels 10, 1 Oa, 1 Ob are admitted, which connect the leads 4, 4a, 4b with a mixing chamber 11, which is also embedded in the serving as a flow element layer 7.
- a mixing chamber 11 which is also embedded in the serving as a flow element layer 7.
- Reference numeral 13 refers to temperature control.
- Figure 2b shows a side view of an alternative embodiment of the reservoir.
- the various storage vessels 1, Ia, Ib are stacked on top of each other.
- the supply system comprises at least two layers, of which the first layer is a layer serving as a flow element 7, in which at least two Channels 10, 10a, which open into a mixing chamber 11, and an output channel 12 are recessed.
- the fluidizing layer 7 may be a rigid plate which has been cast or into which the channels 10, 10a, the mixing chamber 11 and the outlet conduit 12 have been milled or otherwise recessed.
- the materials used are rigid materials such as glass, plastic, e.g. Polymethyl methacrylate (PMMA) PTFE or other plastics and metal, preferably steel, into consideration.
- PMMA Polymethyl methacrylate
- the cover layer 8 is placed, which is liquid-sealingly connected to the flow element forming layer 7.
- the seal can be ensured by an elastic intermediate layer of rubber, silicone or grease.
- the layers 7 and 8 are secured together by means for holding the layers together. These means of holding together can be screwed or clamped.
- the layer 7 serving as a flow element consists of an elastic material, such as rubber or silicone, which is cast.
- an elastic material such as rubber or silicone
- the leadership of the channels 10, 10a, 10b can be made according to the desired conditions for each experiment.
- the preparation can be carried out by simple known methods, in particular, the layer can be cast but also milled. It cleaning operations of the fluidizing layer 7 are saved for reuse.
- the layer 7 serving as a flow element consists of an elastic material, then it can be pressed against the cover layer 8 by a further layer 9, so that it seals off gas-tight or liquid-tight against the cover layer 8.
- the same means for holding together the layers 7 and 8 can be used, as in the embodiment in which the serving as a flow element layer 7 is formed of rigid material.
- a rigid or elastic layer as a flow element 7 For both embodiments, namely the use of a rigid or elastic layer as a flow element 7 is that these can be made individually for each new application according to the requirements of the experiment to be performed.
- the newly produced, serving as a flow element layers 7, can be produced germ-free or under sterile conditions.
- the liquid flow is limited to a plane, so that the computational effort for the calculation of the flow behavior is significantly reduced. With straight management of the channels 10, 10a and / or the output channel 12, the computational effort continues to reduce.
- the flow resistance can therefore be easily calculated.
- the simple and inexpensive way to recreate a layer serving as a flow element 7 for each use allows a one-time use of the layer. This eliminates additional cleaning work or the hassle of sterilization.
- the fluidizing layer 7 is easy to manufacture, especially when cast from an elastomer such as polydimethylsiloxane (PDMS). Due to the interchangeability of layer 7, the delivery system can be adapted to the requirements of each experiment.
- the serving as a flow element layer 7 comprises at least two channels 10, 10 a, which are freely selectable in number.
- the channels 10, 10a and / or the output channel 12 may be equipped with means for interrupting the liquid flow.
- These means for interrupting the liquid flow may be bores in the cover layer 8, which are located above the channels 10, 10a and / or the output channel 12, are embedded in the stamp, which can be lowered to either reduce the liquid flow or completely closed interrupt.
- snaps or screw connections can be provided which are located in the bores and which are lowered or screwed in the direction of the channels 10, 10a... And / or of the outlet channel 12.
- the means for interrupting the liquid flow may also be valves which, for example, presses down an elastomer layer over the cover layer 8 and the channel 10, 10a, 12 and / or the mixing chamber in such a way that the channel is closed.
- the cover layer 8 can be made of transparent or transparent material, such as PMMA, glass or transparent plastic. This has the advantage that the liquid flowing through the channels 10, 10a, 10b, the mixing chamber 11 and the outlet channel 12 can be observed to detect blistering which could affect the liquid flow. This allows timely intervention in the course of the experiment.
- the layer forming the flow element 7 may also be made of transparent or transparent material. In principle, the same materials can be used as in the cover layer, but transparent or transparent silicone is particularly preferred. This also has the consequence that the liquid flowing through the channels 10, 10a, 10b, the mixing chamber 11 and the outlet channel 12 can be observed to be e.g. Bubble formation that affects the flow of liquid.
- the layer 9 can be transparent or transparent.
- the advantages are the same as in layers 7 and 8.
- a further chamber can be located behind the mixing chamber 11 in the outlet channel 12, which receives the sample to be supplied to the perfusion.
- the device according to the invention may be equipped with detection means which detect certain observables of the sample in the chamber in the outlet conduit 12 which is perfused.
- an optical detector may be provided which detects changes in the sample located in the chamber and optionally stores them as a film.
- at least the cover layer 8 and / or the lower layer 9 must be transparent, so that an optical observation is possible.
- all layers 7, 8, 9 can also be transparent.
- the chamber located in the exit channel 12 may be equipped with other detectors which allow electrical or magnetic measurements.
- Electrodes As detectors then electrodes, Ampersonden or means for impedance measurement are used. Furthermore, Hall sensors or squids can be used for magnetic measurements.
- the transparent design of the layers 7 and / or 8 and / or 9 is optional.
- At least a portion of the channels 10, 10a, and / or the output channel 12 has a cross-sectional geometry, wherein the width of the recessed channels 10, 10a and / or the output channel 12 is greater than the depth.
- This cross-sectional geometry has the advantage that a particularly good heat exchange with the environment takes place.
- the cross-section of the channels 10, 10a, and / or the output channel 12 is then, for example, rectangular, wherein the depth is smaller than the width of the cross section or the cross section forms a shallow groove with curves.
- the output region of the output channel 12 may be designed to be wide, so that there is a particularly good heat exchange.
- This cross-sectional geometry has the advantage that a particularly good heat exchange with the environment takes place, which favors a targeted and efficient temperature control.
- Deep channels 10, 10a, and / or a deep outlet channel 12 have the advantage that a particularly good flow is possible. For example, with a deep channel or channel, the depth-to-width ratio is 1 or greater.
- the cross section may also have curves. Between large heat exchange and small flow resistance must be weighed according to the application.
- a heating plate or a cooling element for example a Peltier element or other tempering means, such as tempered liquid streams, can be introduced, which provide the desired temperature.
- the tempering means may for example be applied or embedded between the layer forming the flow element 7 and the layer 9, but also at other locations, such as in the cover layer 8 or the lower layer 9.
- the temperature control means can be arranged as desired in the region of the channels 10, 10a, 10b and / or in the region of the mixing chamber 11 and / or in the region of the outlet line 12, for example between the layer 9 and the layer 7 forming the flow element. It is also possible to introduce additional lines into the layer forming the flow element 7 and / or the cover layer 8 and / or the layer 9, which allow a circulation of Temperier deviskeiten.
- Different channels 10, 10a, 10b can also be kept at different temperatures. Desirable temperatures are physiological temperatures which are generally higher than 32 ° C, for example 37 ° C. However, all temperature ranges of interest can be adjusted. For example, temperatures below 0 ° C, but also high temperatures, eg. B. 8O 0 C can be selected. If liquids, for example living cells, are supplied as substrate, extreme temperatures can also be selected for the respective cells in order to investigate their reaction.
- the channels 10, 10a, 10b are connected via supply lines 4, 4a, 4b with the storage containers 1, Ia, Ib in connection.
- the supply lines 4, 4a, 4b can be shut off by the valves 5, 5a, 5b from the channels 10, 10a, 10b ....
- valves solenoid valves are preferably used.
- the storage container 1, Ia, Ib can be arranged side by side or substantially side by side.
- the storage containers 1, Ia, Ib are stacked on top of one another and furthermore preferably of a flat geometry.
- the result of the flat geometry is that the liquid surface forming in the reservoir is comparatively large compared to a geometry with a greater depth in relation to the bottom surface.
- the liquid forms a large surface, which is in optimal exchange with the surrounding gas phase.
- a maximum saturation of the liquid can be achieved with the surrounding gas. This is particularly advantageous if the liquid is to contain defined dissolved gas fractions.
- gases compositions are mixtures with defined oxygen content and / or defined CO 2 content for pH buffering.
- Other gases include hydrogen sulfide, sulfur dioxide, ammonia, nitrogen or artificial air.
- valves 5, 5a, 5b may be designed so that an optional return of the liquid to be conveyed to the storage containers 1, Ia, Ib is possible.
- the storage container 1, Ia, Ib are connected to a pressure source 2.
- This pressure source is preferably a pressurized gas supply or a pump with pressure vessel which is filled with gas.
- each storage container 1 can be connected to a respective pressure source or at least two storage containers are connected to a pressure source.
- the connection of the reservoir to a gas source allows the supply of liquid for a channel 10 with the respective desired gas, with which the liquid is to be acted upon.
- Different liquid streams corresponding to different channels 10, 10a, 10b can be supplied with different gases and / or pressures.
- gas reservoirs of different filling are provided as pressure sources.
- gases are in particular CO 2 , or oxygen, nitrogen but also other gases into consideration.
- valves 3, 3 a, 3 b are provided for pressure regulation between the pressure source 2 and the storage containers 1, 1 .
- the valves 3, 3a, 3b are preferably solenoid valves.
- pressure regulating modules in particular solenoid valves, a particularly accurate pressure regulation can be realized. Controlled pressure regulation can minimize the stress and thus the impairment of tissue during the experiment. Fluctuations in flow rates, especially when switching from In this way, gases or gases can be excluded so that continuous experimental conditions can be maintained. If at least two storage containers 1, Ia are connected to a pressure source, the channels 10, 10a assigned to these storage containers I 5 Ia can be charged with the same gas and the same pressure.
- the solenoid valves can be controlled so that a constant flow or a targeted variation is possible.
- the feed system according to the invention can be used for example for the following applications.
- Structure of the supply system allows fast switching and easy and very fast replacement of the components in contact with the solution (contamination).
- All substances of interest in particular biological material, can be used as examination objects, depending on the problem.
- examination objects are cell cultures, even under unusual pressure and temperature conditions, biological tissue, surfaces to be treated, different organic or inorganic materials, for example in crystal growth.
- the device according to the invention advantageously comprises only two or three elements, namely the layers 7, 8 and 9, instead of a plurality of tubes, which are cumbersome to handle and which have the disadvantages listed in the prior art.
- the device according to the invention is compact and has good operational reliability even at elevated pressures of, for example, 7 bar.
- the dimensions may vary as needed, however, the present invention joined layers have dimensions in the order of millimeters or centimeters in terms of side lengths.
- the flow element 7 can allow flow rates of typically a few ⁇ l / min to 100 ml / min, depending on the channel geometry and pressure. .
- the first part consists of several storage tanks that contain the liquids (nutrient solution, buffer, pharmaceuticals, etc.).
- the second part consists of a very compact layered three-component system. It combines electrically controllable valves, a miniaturized mixing chamber and a temperature control and can be easily integrated into a wide variety of already existing experimental setups (patch-clamp setup, confocal
- Liquids can be selected from the storage tanks via the valves and directed into the perfusion chamber.
- a pneumatic pressure system allows a very precise flow regulation and simultaneous fumigation with CO 2 -O 2 at 37 degrees (physiological conditions) at elevated levels
- control element The system is made up of only 3 components layered: control element, flow element, heating element.
- the assembly is easy.
- the elastomer layer has dual function: Carrier of the channel system and seal.
- the flow element is easily replaceable in case of contamination or desired channel system change. Its production is simple and can be performed by non-experts.
- the channel system can be designed as desired and manufactured using standard techniques.
- the first part consists of several storage tanks that contain the liquids (nutrient solution, buffer, pharmaceuticals, etc.).
- the second part consists of a very compact, layered, three-component system. It combines electrically controllable valves, a miniaturized mixing chamber and a temperature control and can be easily integrated into a wide variety of existing experimental setups (patch-clamp setup, confocal microscopes, two-photon microscopes). Liquids can be selected from the storage tanks via the valves and directed into the perfusion chamber.
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Abstract
The invention relates to a supply system comprising at least two supply lines that lead to a mixing chamber provided with an outlet line for the mixed fluids. Said supply system comprises a layer system having at least two layers, the first layer (7) being a flow element integrating the mixing chamber (11), at least two channels (10, 10a) that lead into the mixing chamber, and an outlet channel (12) that extends from the mixing chamber (11) to a sample or a substrate, and the second layer (8) is sealingly applied to the first layer (7). The supply system is used to perfuse tissue or cell cultures with fluids.
Description
B e s c h r e i b u n g Zuleitungssystem C o n s e c tio n Supply system
Die Erfindung betrifft ein Zuleitungssystem, insbesondere ein Zuleitungssystem für die Perfusion.The invention relates to a supply system, in particular a supply system for perfusion.
Nach dem Stand der Technik sind Zuleitungssysteme für die Perfusion bekannt, die aus mehreren Vorratsbehältern für Flüssigkeiten bestehen, von denen jeder über eine Leitung mit einer Mischkammer verbunden ist, die die gemischte Flüssigkeit einem der Perfusion zu unterziehenden Substrat über eine Ableitung zuführt. Diese Vorrichtungen sind unübersichtlich im Aufbau, beanspruchen viel Raum, sind daher nicht einfach und ein keimfreier Betrieb kann nicht gewährleistet werden. Die Vorrichtungen nach dem Stand der Technik erfordern eine hohe experimentelle Fertigkeit beim Aufbau um die Dichtigkeit der Vorrichtungen zu gewährleisten. Weiterhin führen die Zuleitungssysteme nach dem Stand der Technik zuPrior art supply systems are known for perfusion, consisting of several reservoirs for liquids, each of which is connected via a conduit to a mixing chamber which supplies the mixed liquid to a substrate to be perfused via a drain. These devices are confusing in structure, take up a lot of space, are therefore not easy and a germ-free operation can not be guaranteed. The prior art devices require a high experimental design skill in order to ensure the tightness of the devices. Furthermore lead the supply systems according to the prior art
Kreuzkontaminationen von Flüssigkeitsvolumina aus verschiedenen Zuleitungen. Die Vorrichtungen nach dem Stand der Technik sind kostspielig im Betrieb, weil sie regelmäßig Reinigungsarbeiten unterzogen werden müssen, insbesondere um Keimfreiheit, Sauberkeit und Hygiene zu gewährleisten. Eine Berechenbarkeit der Parameter für dreidimensionale Strömungsverhältnisse ist sehr anspruchsvoll, so dass viel Rechenaufwand betrieben werden muss. Ein Betrieb der Vorrichtungen unter Überdruck ist nicht sicher gewährleistet und führt zu Lecks. Weiterhin sind diese Vorrichtungen störanfällig gegen äußere Einwirkungen. Die Temperierbarkeit der Zuleitungssysteme ist schwierig.Cross contamination of liquid volumes from different supply lines. The prior art devices are costly to operate because they require regular cleaning, in particular to ensure sterility, cleanliness and hygiene. A predictability of the parameters for three-dimensional flow conditions is very demanding, so that much computational effort must be operated. An operation of the devices under pressure is not guaranteed safe and leads to leaks. Furthermore, these devices are susceptible to interference from external influences. The temperature of the supply systems is difficult.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Zuleitungssystem für Flüssigkeiten, die einem Substrat zugeleitet werden sollen, zur Verfügung zu stellen, welches eine hygienische Zuleitung von Flüssigkeiten ermöglicht, einfach herzustellen beziehungsweise einfach und zuverlässig dicht aufzubauen und zu verwenden ist und zudem noch preisgünstig ist. Die Dichtigkeit der Vorrichtung soll Druckbeaufschlagungen von beispielsweise 7 bar ermöglichen, ohne dass Gas oder Flüssigkeit nach außen entweicht. Das Zuleitungssystem soll störunanfällig sein und eine einfache Berechenbarkeit der Strömungsparameter, wie Durchflussrate alsIt is therefore an object of the invention to provide a supply system for liquids to be supplied to a substrate, which enables a hygienic supply of liquids, easy to manufacture and easy to build and use dense tight and is also still inexpensive , The tightness of the device should allow pressurization of, for example, 7 bar without escaping gas or liquid to the outside. The supply system should be immune to interference and a simple predictability of the flow parameters, such as flow rate
Funktion des Drucks, Mischeffizienz oder Mischgeschwindigkeit ermöglichen. Kreuzkontamination von Flüssigkeitsvolumina verschiedener Zuleitungen sollen minimiert werden. Die
dem Substrat zugeführten Flüssigkeiten sollen einfach und möglichst genau zu temperieren sein.Function of the pressure, mixing efficiency or mixing speed. Cross contamination of liquid volumes of different supply lines should be minimized. The The liquid supplied to the substrate should be easy and as accurate as possible to temper.
Ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 wird die Aufgabe gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1.Starting from the preamble of claim 1, the object is achieved by the features of the characterizing part of claim 1.
Demnach umfasst die Erfindung ein Zuleitungssystem zu einem Substrat oder einer Probe, umfassend mindestens zwei Zuleitungen zu einer Mischkammer und eine Ableitung von der Mischkarnrner, bei dem das Zuleitungssystem durch ein Schichtsystem aus mindestens zwei Schichten gebildet wird, von denen die erste Schicht ein Strömungselement ist, in die die Mischkammer, mindestens zwei Kanäle, die in die Mischkammer führen sowie ein Aus- gangskanal, der von der Mischkammer zu einer Probe oder einem Substrat führt, eingelassen sind und die zweite Schicht auf die erste Schicht abdichtend aufgebracht ist.Accordingly, the invention comprises a supply system to a substrate or a sample, comprising at least two feed lines to a mixing chamber and a discharge from the mixing chamber, wherein the feed system is formed by a layer system of at least two layers, of which the first layer is a flow element, into which the mixing chamber, at least two channels leading into the mixing chamber and an exit channel leading from the mixing chamber to a sample or a substrate, are embedded and the second layer is sealingly applied to the first layer.
Mit dem erfindungsgemäßen Zuleitungssystem ist es nunmehr möglich, Flüssigkeiten aus verschiedenen Kanälen zu mischen oder in der Zufuhr beispielsweise alternierend oder ruckfrei zu schalten, in einfacher Weise einer Perfusion oder einem anderen Versuch zuzuführen, die Zufuhr der Flüssigkeiten keimfrei oder je nach Anforderung sauber zu betreiben. DerWith the feed system according to the invention, it is now possible to mix liquids from different channels or switch in the supply, for example, alternately or without jerks, easy to perfusion or another attempt to supply the supply of liquids germ-free or clean as required. Of the
Betrieb ist kostengünstig und das Zuleitungssystem ist einfach herzustellen bzw. aufzubauen. Das flüssigkeitsführende Strömungselement ist leicht auszutauschen. Das erfindungsgemäße Zuleitungssystem kann mit höheren Drucken, wie beispielsweise 7 bar, beaufschlagt werden, ohne dass die Dichtigkeit und Betriebssicherheit beeinträchtigt werden. Kreuzkontamina- tionen zwischen verschiedenen Kanälen können verhindert werden. Weiterhin ist das erfindungsgemäße Zuleitungssystem robust gegen äußere Einwirkungen, und die Strömungsparameter in jedem Kanal können einfach berechnet werden. Eine Temperierbarkeit ist ebenfalls auf einfache Weise und sehr genau möglich. Durch ein einfach herzustellendes Strömungselement kann der Versuchsaufbau individuell auf die Problemstellung bzw. den gewünschten Bedingungen angepasst werden.Operation is inexpensive and the supply system is easy to manufacture and build. The liquid-carrying flow element is easy to replace. The supply system according to the invention can be applied to higher pressures, such as 7 bar, without affecting the tightness and reliability. Cross-contamination between different channels can be prevented. Furthermore, the feed system according to the invention is robust against external influences, and the flow parameters in each channel can be easily calculated. A temperature control is also possible in a simple manner and very accurately. Through a simple-to-produce flow element of the experimental setup can be customized to the problem or the desired conditions.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Figuren zeigen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung in schematisierter Form. Es zeigt:Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims. The figures show preferred embodiments of the invention in schematic form. It shows:
Fig. 1 : Eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung Fig. 2a: Eine Aufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung Fig. 2b: Eine vorteilhafte Ausgestaltung des VorratsbehältersFig. 1: A side view of the device according to the invention Fig. 2a: A plan view of the inventive device Fig. 2b: An advantageous embodiment of the reservoir
Figur 1 zeigt ein Zuleitungssystem mit Vorratsbehältern 1, Ia, Ib, die für die Aufnahme einer Flüssigkeit bestimmt sind. Sie sind mit jeweils einer Druckquelle 2, 2a, 2b ausgestattet, welche über eine Druckregulierung 3, 3a, 3b mit den Vorratsbehältern 1, Ia, Ib verbunden sind. An den Vorratsbehältern 1, Ia, Ib, befindet sich jeweils eine Zuleitung 4, 4a, 4b welche mit einem Ventil 5, 5a, 5b ausgestattet ist. Die mit den Ventilen 5, 5a, 5b ausgestatteten Zuleitungen 4, 4a, 4b münden in ein Schichtsystem 6 mit einer als Strömungselement dienenden Schicht 7 und einer darüber angebrachten Deckschicht 8. Unter der als Strömungselement dienenden Schicht 7 ist eine weitere Schicht 9 angebracht, die die als Strömungselement dienende Schicht 7 an die Deckschicht andrückt. In die als Strömungselement dienende Schicht 7 sind Kanäle 10, 1 Oa, 1 Ob eingelassen, die die Zuleitungen 4, 4a, 4b mit einer Mischkammer 11 verbinden, die ebenfalls in die als Strömungselement dienende Schicht 7 eingelassen ist. Von der Mischkammer 11 führt ein ebenfalls in die Schicht 7 eingelassener Ausgangskanal 12, der zu der in der Figur nicht dargestellten Probe in der Messkammer 14 geführt wird, die der Perfusion oder einer anderen Behandlung zuzuführen ist. Bezugszeichen 13 verweist auf Temperiermittel.Figure 1 shows a supply system with storage containers 1, Ia, Ib, which are intended for receiving a liquid. They are each equipped with a pressure source 2, 2a, 2b, which are connected via a pressure regulator 3, 3a, 3b with the reservoirs 1, Ia, Ib. At the storage containers 1, Ia, Ib, there is in each case a supply line 4, 4a, 4b which is equipped with a valve 5, 5a, 5b. The feed lines 4, 4a, 4b equipped with the valves 5, 5a, 5b lead into a layer system 6 with a layer 7 serving as a flow element and a cover layer 8 mounted above. A further layer 9 is attached underneath the layer 7 serving as a flow element the serving as a flow element layer 7 presses against the cover layer. In the serving as a flow element layer 7 channels 10, 1 Oa, 1 Ob are admitted, which connect the leads 4, 4a, 4b with a mixing chamber 11, which is also embedded in the serving as a flow element layer 7. From the mixing chamber 11, a likewise inserted into the layer 7 output channel 12, which is guided to the sample, not shown in the figure in the measuring chamber 14, which is to be supplied to the perfusion or other treatment. Reference numeral 13 refers to temperature control.
In Figur 2a, die eine Aufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung zeigt, haben gleiche Vorrichtungsmerkmale dieselben Bezugszeichen.In Figure 2a, which shows a plan view of the device according to the invention, the same device features have the same reference numerals.
Figur 2b zeigt in Seitenansicht eine alternative Ausgestaltung der Vorratsbehälter. Bei dieser Ausfuhrungsform sind die verschiedenen Vorratsgefäße 1, Ia, Ib übereinander gestapelt.Figure 2b shows a side view of an alternative embodiment of the reservoir. In this embodiment, the various storage vessels 1, Ia, Ib are stacked on top of each other.
Im Folgenden soll die Erfindung in ihrer allgemeinen Form beschrieben werden.In the following, the invention will be described in its general form.
Erfindungsgemäß umfasst das Zuleitungssystem mindestens zwei Schichten, von denen die erste Schicht eine als Strömungselement dienende Schicht 7 ist, in die mindestens zwei
Kanäle 10, 10a, die in eine Mischkammer 11 münden, und ein Ausgangskanal 12 eingelassen sind.According to the invention, the supply system comprises at least two layers, of which the first layer is a layer serving as a flow element 7, in which at least two Channels 10, 10a, which open into a mixing chamber 11, and an output channel 12 are recessed.
Die als Strömungselement dienende Schicht 7 kann eine starre Platte sein, die gegossen wurde oder in die die Kanäle 10, 10a, die Mischkammer 11 und die Ausgangsleitung 12 eingefräst oder auf andere Weise eingelassen wurden.The fluidizing layer 7 may be a rigid plate which has been cast or into which the channels 10, 10a, the mixing chamber 11 and the outlet conduit 12 have been milled or otherwise recessed.
Unter eingelassen im Sinne der Erfindung ist zu verstehen, dass Methoden angewendet worden sind, mit denen Vertiefungen in die das Strömungselement bildende Schicht 7 eingebracht werden, die Kanäle 10, 10a, die Mischkammer 11 sowie den Ausgangskanal 12 bilden. Diese können beispielsweise, aber nicht beschränkend, Gießen einer Schicht in Formen, Stan- zen von Kanälen, der Mischkammer sowie der Ausgangsleitung oder Fräsen, Prägen derselben sein. Bekannte Verfahren sind Fotolithographie, Gießen, Präzisionsfräsen oder Drucken.For the purposes of the invention, it is to be understood that methods have been used with which recesses are introduced into the layer 7 forming the flow element, which channels 10, 10a, the mixing chamber 11 and the outlet channel 12 form. These may be, for example, but not limited to, casting a layer in molds, punches of channels, the mixing chamber and the output line or milling, embossing same. Known methods are photolithography, casting, precision milling or printing.
Als Materialien kommen steife Materialien, wie Glas, Kunststoff, z.B. Polymethylmethacrylat (PMMA) PTFE oder andere Kunststoffe sowie Metall, vorzugsweise Stahl, in Betracht. Auf diese Schicht 7 ist die Deckschicht 8 aufgelegt, die mit der das Strömungselement bildenden Schicht 7 flüssigkeitsabdichtend verbunden ist.The materials used are rigid materials such as glass, plastic, e.g. Polymethyl methacrylate (PMMA) PTFE or other plastics and metal, preferably steel, into consideration. On this layer 7, the cover layer 8 is placed, which is liquid-sealingly connected to the flow element forming layer 7.
Die Abdichtung kann durch eine elastische Zwischenschicht aus Gummi, Silikon oder Fett gewährleistet werden.The seal can be ensured by an elastic intermediate layer of rubber, silicone or grease.
Vorzugsweise sind die Schichten 7 und 8 durch Mittel zum Zusammenhalten der Schichten miteinander befestigt. Diese Mittel zum Zusammenhalten können Verschraubungen oder Klemmen sein.Preferably, the layers 7 and 8 are secured together by means for holding the layers together. These means of holding together can be screwed or clamped.
In einer bevorzugten Ausführungsfoπn besteht die als Strömungselement dienende Schicht 7 aus einem elastischen Material wie Gummi oder Silikon, das gegossen ist. Das hat den Vorteil, dass diese Schicht für jede Anwendung aus frischem, unkontaminiertem Material unkompliziert, kostengünstig und ohne großen Aufwand einzeln hergestellt werden kann. Dabei kann die Führung der Kanäle 10, 10a, 10b nach den für den jeweiligen Versuch gewünschten Bedingungen angefertigt werden. Die Herstellung kann mit einfachen bekannten Verfahren erfolgen, insbesondere kann die Schicht gegossen aber auch gefräst werden. Es
werden Reinigungsarbeiten der als Strömungselement dienenden Schicht 7 für eine Wiederverwendung erspart.In a preferred embodiment, the layer 7 serving as a flow element consists of an elastic material, such as rubber or silicone, which is cast. This has the advantage that this layer for each application of fresh, uncontaminated material uncomplicated, inexpensive and can be produced individually without great effort. In this case, the leadership of the channels 10, 10a, 10b can be made according to the desired conditions for each experiment. The preparation can be carried out by simple known methods, in particular, the layer can be cast but also milled. It cleaning operations of the fluidizing layer 7 are saved for reuse.
Die Verwendung eines elastischen Gussmaterials führt zu einer Abdichtung gegenüber der Deckschicht 8, so dass Abdichtmaterial eingespart werden kann.The use of an elastic casting material results in a seal against the cover layer 8, so that sealing material can be saved.
Besteht die als Strömungselement dienende Schicht 7 aus einem elastischen Material, so kann diese durch eine weitere Schicht 9 gegen die Deckschicht 8 gepresst werden, damit sie gas- oder flüssigkeitsdicht gegen die Deckschicht 8 abschließt. Hierfür können die gleichen Mittel zum Zusammenhalten der Schichten 7 und 8 verwendet werden, wie bei der Ausführungsform, bei der die als Strömungselement dienende Schicht 7 aus starrem Material gebildet ist.If the layer 7 serving as a flow element consists of an elastic material, then it can be pressed against the cover layer 8 by a further layer 9, so that it seals off gas-tight or liquid-tight against the cover layer 8. For this purpose, the same means for holding together the layers 7 and 8 can be used, as in the embodiment in which the serving as a flow element layer 7 is formed of rigid material.
Für beide Ausführungsformen, nämlich der Verwendung einer starren oder elastischen Schicht als Strömungselement 7 gilt, dass diese für jede neue Anwendung individuell gemäß den Anforderungen des durchzuführenden Versuches angefertigt werden können. Die neu hergestellten, als Strömungselement dienenden Schichten 7, können keimfrei bzw. unter sterilen Bedingungen hergestellt werden. Durch die Anordnungen der Schichten 7 und 8 wird die Flüssigkeitsströmung auf eine Ebene beschränkt, so dass sich der Rechenaufwand für die Berechung des Strömungs Verhaltens erheblich reduziert. Bei gerader Führung der Kanäle 10, 10a und/oder des Ausgangskanals 12 reduziert sich der Rechenaufwand weiter. Die Strömungswiderstände können daher leicht berechnet werden. Die einfache und preiswerte Möglichkeit, eine als Strömungselement dienende Schicht 7 für jeden Gebrauch neu zu fertigen, ermöglicht eine Einmalverwendbarkeit der Schicht. Damit entfällt zusätzliche Reinigungsarbeit oder der Aufwand einer Sterilisierung. Die als Strömungselement dienende Schicht 7 ist einfach herzustellen, insbesondere wenn sie aus einem Elastomer, wie beispielsweise Polydimethylsiloxan (PDMS), gegossen wird. Durch die Austauschbarkeit der Schicht 7 kann das Zuleitungssystem an die Anforderungen jedes Experiments angepasst werden.For both embodiments, namely the use of a rigid or elastic layer as a flow element 7 is that these can be made individually for each new application according to the requirements of the experiment to be performed. The newly produced, serving as a flow element layers 7, can be produced germ-free or under sterile conditions. By the arrangements of the layers 7 and 8, the liquid flow is limited to a plane, so that the computational effort for the calculation of the flow behavior is significantly reduced. With straight management of the channels 10, 10a and / or the output channel 12, the computational effort continues to reduce. The flow resistance can therefore be easily calculated. The simple and inexpensive way to recreate a layer serving as a flow element 7 for each use, allows a one-time use of the layer. This eliminates additional cleaning work or the hassle of sterilization. The fluidizing layer 7 is easy to manufacture, especially when cast from an elastomer such as polydimethylsiloxane (PDMS). Due to the interchangeability of layer 7, the delivery system can be adapted to the requirements of each experiment.
Die als Strömungselement dienende Schicht 7 umfasst mindestens zwei Kanäle 10, 10a, die in der Anzahl frei wählbar sind. So können je nach experimentellen Erfordernissen beispielsweise 4, 7, 9 oder mehr Kanäle 10, 10a in die Schicht 7 eingelassen sein.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Kanäle 10, 10a und/oder der Ausgangskanal 12 mit Mitteln zum Unterbrechen des Flüssigkeitsstromes ausgestattet sein. Diese Mittel zum Unterbrechen des Flüssigkeitsstromes können Bohrungen in der Deckschicht 8 sein, welche sich über den Kanälen 10, 10a und/oder dem Ausgangskanal 12 befinden, in die Stempel eingelassen sind, welche sich senken lassen, um den Flüssigkeitsstrom entweder zu reduzieren oder ganz zu unterbrechen. Zu diesem Zweck können Druckknöpfe oder Ver- schraubungen vorgesehen sein, die sich in den Bohrungen befinden und die in Richtung der Kanäle 10, 10a ... und/oder des Ausgangskanals 12 herabgelassen oder hineingedreht werden. Bei den Mitteln zum Unterbrechen des Flüssigkeitsstromes kann es sich auch um Ventile handeln, welche zum Beispiel eine Elastomerschicht über der Deckschicht 8 und dem Kanal 10, 10a, 12 und/oder der Mischkammer so nach unten drückt, dass der Kanal geschlossen wird.The serving as a flow element layer 7 comprises at least two channels 10, 10 a, which are freely selectable in number. Thus, depending on experimental requirements, for example 4, 7, 9 or more channels 10, 10a may be embedded in the layer 7. In a further embodiment of the invention, the channels 10, 10a and / or the output channel 12 may be equipped with means for interrupting the liquid flow. These means for interrupting the liquid flow may be bores in the cover layer 8, which are located above the channels 10, 10a and / or the output channel 12, are embedded in the stamp, which can be lowered to either reduce the liquid flow or completely closed interrupt. For this purpose, snaps or screw connections can be provided which are located in the bores and which are lowered or screwed in the direction of the channels 10, 10a... And / or of the outlet channel 12. The means for interrupting the liquid flow may also be valves which, for example, presses down an elastomer layer over the cover layer 8 and the channel 10, 10a, 12 and / or the mixing chamber in such a way that the channel is closed.
Die Deckschicht 8 kann aus transparentem oder durchsichtigem Material, wie PMMA, Glas oder durchsichtigem Kunststoff gefertigt sein. Das hat den Vorteil, dass die die Kanäle 10, 10a, 10b, die Mischkammer 11 und den Ausgangskanal 12 durchströmende Flüssigkeit beobachtet werden kann, um Blasenbildung festzustellen, die die Flüssigkeitströmung beeinträchtigten könnte. Damit wird ein rechtzeitiges Eingreifen in den Versuchsverlauf möglich.The cover layer 8 can be made of transparent or transparent material, such as PMMA, glass or transparent plastic. This has the advantage that the liquid flowing through the channels 10, 10a, 10b, the mixing chamber 11 and the outlet channel 12 can be observed to detect blistering which could affect the liquid flow. This allows timely intervention in the course of the experiment.
Die das Strömungselement bildende Schicht 7 kann ebenfalls aus transparentem oder durchsichtigem Material bestehen. Grundsätzlich können die gleichen Materialien eingesetzt werden wie bei der Deckschicht, jedoch ist durchsichtiges bzw. transparentes Silikon besonders bevorzugt. Das hat ebenfalls zur Folge, dass die die Kanäle 10, 10a, 10b, die Mischkammer 11 und den Ausgangskanal 12 durchströmende Flüssigkeit beobachtet werden kann, um z.B. Blasenbildung festzustellen, die die Flüssigkeitsströmung beeinträchtigt.The layer forming the flow element 7 may also be made of transparent or transparent material. In principle, the same materials can be used as in the cover layer, but transparent or transparent silicone is particularly preferred. This also has the consequence that the liquid flowing through the channels 10, 10a, 10b, the mixing chamber 11 and the outlet channel 12 can be observed to be e.g. Bubble formation that affects the flow of liquid.
Analog kann auch die Schicht 9 transparent oder durchsichtig sein. Die Vorteile sind die gleichen, wie bei den Schichten 7 und 8.Similarly, the layer 9 can be transparent or transparent. The advantages are the same as in layers 7 and 8.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann sich hinter der Mischkammer 11 im Ausgangskanal 12 eine weitere Kammer befinden, welche die Probe aufnimmt, die der Perfusion zuzuführen ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit Detektionsmitteln ausgestattet sein, welche bestimmte Observablen der Probe in der Kammer in der Ausgangsleitung 12 detektieren, die der Perfusion zugeführt wird.In a further preferred embodiment, a further chamber can be located behind the mixing chamber 11 in the outlet channel 12, which receives the sample to be supplied to the perfusion. The device according to the invention may be equipped with detection means which detect certain observables of the sample in the chamber in the outlet conduit 12 which is perfused.
Hierzu kann ein optischer Detektor vorgesehen sein, der Veränderungen der sich in der Kammer befindlichen Probe detektiert und gegebenenfalls als Film speichert. In diesem Fall muss mindestens die Deckschicht 8 und/oder die untere Schicht 9 durchsichtig sein, damit eine optische Beobachtung möglich ist. Ln Fall der optischen Beobachtung können auch alle Schichten 7, 8, 9 durchsichtig sein.For this purpose, an optical detector may be provided which detects changes in the sample located in the chamber and optionally stores them as a film. In this case, at least the cover layer 8 and / or the lower layer 9 must be transparent, so that an optical observation is possible. In the case of optical observation, all layers 7, 8, 9 can also be transparent.
Weiterhin kann die sich im Ausgangskanal 12 befindende Kammer mit anderen Detektoren ausgestattet sein, welche elektrische oder magnetische Messungen ermöglichen.Furthermore, the chamber located in the exit channel 12 may be equipped with other detectors which allow electrical or magnetic measurements.
Als Detektoren kommen dann Elektroden, Ampersonden oder Mittel zur Impedanzmessung zum Einsatz. Weiterhin können für magnetische Messungen Hall-Sensoren oder Squids zum Einsatz kommen.As detectors then electrodes, Ampersonden or means for impedance measurement are used. Furthermore, Hall sensors or squids can be used for magnetic measurements.
Bei nicht-optischen Messungen an der Probe ist die durchsichtige Ausgestaltung der Schich- ten 7 und/oder 8 und/oder 9 fakultativ.For non-optical measurements on the sample, the transparent design of the layers 7 and / or 8 and / or 9 is optional.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hat wenigstens ein Teil der Kanäle 10, 10a, und/oder der Ausgangskanal 12 eine Querschnittsgeometrie, bei der die Breite der eingelassenen Kanäle 10, 10a und/oder des Ausgangskanals 12 größer ist als die Tiefe. Diese Querschnittsgeometrie hat den Vorteil, dass ein besonders guter Wärmeaustausch mit der Umge- bung stattfindet. Der Querschnitt der Kanäle 10, 10a, und/oder des Ausgangskanals 12 ist dann beispielsweise rechteckig, wobei die Tiefe kleiner ist als die Breite des Querschnitts oder der Querschnitt bildet eine flache Rinne mit Rundungen.In an advantageous embodiment of the invention, at least a portion of the channels 10, 10a, and / or the output channel 12 has a cross-sectional geometry, wherein the width of the recessed channels 10, 10a and / or the output channel 12 is greater than the depth. This cross-sectional geometry has the advantage that a particularly good heat exchange with the environment takes place. The cross-section of the channels 10, 10a, and / or the output channel 12 is then, for example, rectangular, wherein the depth is smaller than the width of the cross section or the cross section forms a shallow groove with curves.
In einer Ausfuhrungsform kann der Ausgangsbereich des Ausgangskanals 12 breit ausgelegt sein, so dass es zu einem besonders guten Wärmeaustausch kommt.In one embodiment, the output region of the output channel 12 may be designed to be wide, so that there is a particularly good heat exchange.
Diese Querschnittsgeometrie hat den Vorteil, dass ein besonders guter Wärmeaustausch mit der Umgebung stattfindet, was eine gezielte und effiziente Temperierung begünstigt.
Tiefe Kanäle 10, 10a, und/oder ein tiefer Ausgangskanal 12 haben den Vorteil, dass ein besonders guter Durchfiuss möglich ist. Bei einem tiefen Kanal oder einem tiefen Ausgangskanal ist das Verhältnis zwischen Tiefe und Breite beispielsweise 1 oder größer. Der Querschnitt kann dabei auch Rundungen aufweisen. Zwischen großem Wärmeaustausch und kleinem Strömungswiderstand muss entsprechend der Anwendung abgewogen werden.This cross-sectional geometry has the advantage that a particularly good heat exchange with the environment takes place, which favors a targeted and efficient temperature control. Deep channels 10, 10a, and / or a deep outlet channel 12 have the advantage that a particularly good flow is possible. For example, with a deep channel or channel, the depth-to-width ratio is 1 or greater. The cross section may also have curves. Between large heat exchange and small flow resistance must be weighed according to the application.
Zur Temperierung kann eine Heizplatte oder ein Kühlelement, z.B. ein Peltierelement oder andere Temperiermittel, wie temperierte Flüssigkeitsströme, eingebracht werden, die für die gewünschte Temperatur sorgen. Die Temperiermittel können beispielsweise zwischen die das Strömungselement bildende Schicht 7 und die Schicht 9, aber auch an anderen Stellen, wie beispielsweise in der Deckschicht 8 oder der unteren Schicht 9, aufgebracht oder eingelassen sein. Die Temperiermittel können je nach Wunsch im Bereich der Kanäle 10, 10a, 10b und/oder im Bereich der Mischkammer 11 und/oder im Bereich der Ausgangsleitung 12, beispielsweise zwischen der Schicht 9 und der das Strömungselement bildenden Schicht 7, angebracht sein. Es ist auch möglich, zusätzliche Leitungen in die das Strömungselement bildende Schicht 7 und/oder die Deckschicht 8 und/oder die Schicht 9 einzubringen, welche eine Zirkulation von Temperierflüssigkeiten ermöglichen. Verschiedene Kanäle 10, 10a, 10b können auch auf unterschiedlichen Temperaturen gehalten werden. Erwünschte Temperaturen sind physiologische Temperaturen, die in der Regel höher als 32°C sind, beispielsweise 37°C. Jedoch können alle interessierenden Temperaturbereiche eingestellt werden. Beispielsweise können auch Temperaturen unter 0°C, aber auch hohe Temperaturen, z. B. 8O0C, gewählt werden. Werden Flüssigkeiten, beispielsweise lebende Zellen, als Substrat zugeführt, so können auch für die jeweiligen Zellen extreme Temperaturen gewählt werden, um deren Reaktion zu untersuchen.For tempering, a heating plate or a cooling element, for example a Peltier element or other tempering means, such as tempered liquid streams, can be introduced, which provide the desired temperature. The tempering means may for example be applied or embedded between the layer forming the flow element 7 and the layer 9, but also at other locations, such as in the cover layer 8 or the lower layer 9. The temperature control means can be arranged as desired in the region of the channels 10, 10a, 10b and / or in the region of the mixing chamber 11 and / or in the region of the outlet line 12, for example between the layer 9 and the layer 7 forming the flow element. It is also possible to introduce additional lines into the layer forming the flow element 7 and / or the cover layer 8 and / or the layer 9, which allow a circulation of Temperierflüssigkeiten. Different channels 10, 10a, 10b can also be kept at different temperatures. Desirable temperatures are physiological temperatures which are generally higher than 32 ° C, for example 37 ° C. However, all temperature ranges of interest can be adjusted. For example, temperatures below 0 ° C, but also high temperatures, eg. B. 8O 0 C can be selected. If liquids, for example living cells, are supplied as substrate, extreme temperatures can also be selected for the respective cells in order to investigate their reaction.
Die Kanäle 10, 10a, 10b stehen über Zuleitungen 4, 4a, 4b mit den Vorratsbehältern 1, Ia, Ib in Verbindung.The channels 10, 10a, 10b are connected via supply lines 4, 4a, 4b with the storage containers 1, Ia, Ib in connection.
Die Zuleitungen 4, 4a, 4b können durch die Ventile 5, 5a, 5b von den Kanälen 10, 10a, 10b...abgesperrt werden. Als Ventile werden vorzugsweise Magnetventile eingesetzt.The supply lines 4, 4a, 4b can be shut off by the valves 5, 5a, 5b from the channels 10, 10a, 10b .... As valves solenoid valves are preferably used.
Die Vorratsbehälter 1, Ia, Ib können nebeneinander oder im Wesentlichen nebeneinander angeordnet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Vorratsbehälter 1, Ia, Ib übereinander gestapelt und weiterhin bevorzugt von einer flachen Geometrie. Die flache Geometrie hat zur Folge, dass die sich in dem Vorratsbehälter ausbildende Flüssigkeitsoberfläche vergleichsweise groß ist gegenüber einer Geometrie mit einer größeren Tiefe im Verhältnis zur Boden- fläche. Dadurch bildet die Flüssigkeit eine große Oberfläche aus, welche in optimalem Austausch mit der sie umgebenden Gasphase steht. Dadurch kann eine maximale Sättigung der Flüssigkeit mit dem sie umgebenden Gas erreicht werden. Das ist insbesondere dann vom Vorteil, wenn die Flüssigkeit definierte gelöste Gasanteile beinhalten soll. Beispiele für Gaszusammensetzungen sind Mischungen mit definiertem Sauerstoffgehalt und/oder definiertem CO2-Gehalt zur pH-Pufferung. Weitere Gase sind Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxid, Ammoniak, Stickstoff oder künstliche Luft.The storage container 1, Ia, Ib can be arranged side by side or substantially side by side. In a preferred embodiment, the storage containers 1, Ia, Ib are stacked on top of one another and furthermore preferably of a flat geometry. The result of the flat geometry is that the liquid surface forming in the reservoir is comparatively large compared to a geometry with a greater depth in relation to the bottom surface. As a result, the liquid forms a large surface, which is in optimal exchange with the surrounding gas phase. As a result, a maximum saturation of the liquid can be achieved with the surrounding gas. This is particularly advantageous if the liquid is to contain defined dissolved gas fractions. Examples of gas compositions are mixtures with defined oxygen content and / or defined CO 2 content for pH buffering. Other gases include hydrogen sulfide, sulfur dioxide, ammonia, nitrogen or artificial air.
Die Ventile 5, 5a, 5b können so ausgestaltet sein, dass eine wahlweise Rückführung der zu fördernden Flüssigkeit zu den Vorratsbehältern 1, Ia, Ib möglich ist.The valves 5, 5a, 5b may be designed so that an optional return of the liquid to be conveyed to the storage containers 1, Ia, Ib is possible.
Die Vorratsbehälter 1, Ia, Ib sind an eine Druckquelle 2 angeschlossen. Diese Druckquelle ist vorzugsweise ein unter Druck stehender Gasvorrat oder eine Pumpe mit Druckbehälter, der mit Gas gefüllt ist. Dabei kann jeder Vorratsbehälter 1 an jeweils eine Druckquelle angeschlossen sein oder mindestens zwei Vorratsbehälter sind an eine Druckquelle angeschlossen. Der Anschluss der Vorratsbehälter an eine Gasquelle ermöglicht die Versorgung der Flüssigkeit für einen Kanal 10 mit dem jeweils gewünschten Gas, mit dem die Flüssigkeit beauf- schlagt werden soll. Verschiedene Flüssigkeitsströme entsprechend verschiedenen Kanälen 10, 10a, 10b können mit unterschiedlichen Gasen und/oder Drucken beaufschlagt werden. Dafür sind als Druckquellen Gasvorratsgefäße unterschiedlicher Befüllung vorgesehen. Als Gase kommen insbesondere CO2, oder Sauerstoff, Stickstoff aber auch andere Gase in Betracht.The storage container 1, Ia, Ib are connected to a pressure source 2. This pressure source is preferably a pressurized gas supply or a pump with pressure vessel which is filled with gas. In this case, each storage container 1 can be connected to a respective pressure source or at least two storage containers are connected to a pressure source. The connection of the reservoir to a gas source allows the supply of liquid for a channel 10 with the respective desired gas, with which the liquid is to be acted upon. Different liquid streams corresponding to different channels 10, 10a, 10b can be supplied with different gases and / or pressures. For this purpose gas reservoirs of different filling are provided as pressure sources. As gases are in particular CO 2 , or oxygen, nitrogen but also other gases into consideration.
Zur Druckregulierung zwischen der Druckquelle 2 und den Vorratsbehältern 1, 1a sind Ventile 3, 3a, 3b vorgesehen. Auch die Ventile 3, 3a, 3b sind vorzugsweise Magnetventile. Insbesondere durch Druckregulierungsmodule, insbesondere Magnetventile, kann eine besonders genaue Druckregulierung realisiert werden. Durch eine gesteuerte Druckregulierung kann die Belastung und damit die Beeinträchtigung von Gewebe bei der Versuchsdurchführung mini- miert werden. Schwankungen der Durchflussraten, insbesondere beim Umschalten von Flüs-
sigkeiten oder Gasen können so ausgeschlossen werden, so dass kontinuierliche Versuchsbedingungen aufrechterhalten werden können. Werden mindestens zwei Vorratsbehälter 1, Ia an eine Druckquelle angeschlossen, so können die diesen Vorratsbehältern I5 Ia zugeordneten Kanäle 10, 10a mit dem gleichen Gas und dem gleichen Druck beaufschlagt werden.For pressure regulation between the pressure source 2 and the storage containers 1, 1 a valves 3, 3 a, 3 b are provided. The valves 3, 3a, 3b are preferably solenoid valves. In particular, by pressure regulating modules, in particular solenoid valves, a particularly accurate pressure regulation can be realized. Controlled pressure regulation can minimize the stress and thus the impairment of tissue during the experiment. Fluctuations in flow rates, especially when switching from In this way, gases or gases can be excluded so that continuous experimental conditions can be maintained. If at least two storage containers 1, Ia are connected to a pressure source, the channels 10, 10a assigned to these storage containers I 5 Ia can be charged with the same gas and the same pressure.
Die Magnetventile können angesteuert werden, so dass eine Strömungskonstanz oder eine gezielte Variation ermöglicht wird.The solenoid valves can be controlled so that a constant flow or a targeted variation is possible.
Das erfindungsgemäße Zuleitungssystem kann beispielsweise für folgende Anwendungen eingesetzt werden.The feed system according to the invention can be used for example for the following applications.
- Perfusion für olfaktorisches Gewebe, wobei schnell und präzise zwischen 8 oder mehr verschiedene Geruchsstoffe enthaltene Lösungen geschaltet werden soll. Die Sandwich-- Perfusion for olfactory tissue, where quick and precise between 8 or more different odorous substances contained solutions to be switched. The Sandwich
Struktur des Zuleitungssystem erlaubt schnelles Schalten und leichtes und sehr schnelles Auswechseln der mit der Lösung in Kontakt stehenden Komponenten (Kontamination).Structure of the supply system allows fast switching and easy and very fast replacement of the components in contact with the solution (contamination).
- Patch-Clamp an Retina-Gewebe benötigt mind. 32 Grad Celsius, wobei CO2 und O2 nicht mehr ausreichend in Lösung gehalten werden können. Erhöhter Druck würde dies ermöglichen.- Patch clamp on retina tissue requires at least 32 degrees Celsius, whereby CO 2 and O 2 can no longer be sufficiently kept in solution. Increased pressure would allow this.
- Intestinalgewebe zur Untersuchung von Krebsentstehung.- Intestinal tissue for the study of carcinogenesis.
- Zellkultur in Mikrosystemen.- cell culture in microsystems.
Als Untersuchungsobjekte können alle möglichen interessierenden Stoffe, insbesondere biologisches Material eingesetzt werden, je nach Fragestellung.All substances of interest, in particular biological material, can be used as examination objects, depending on the problem.
Beispiele für Untersuchungsobjekte sind Zellkulturen, auch unter ungewöhnlichen Druck und Temperaturbedingungen, biologisches Gewebe, zu behandelnde Oberflächen, unterschiedliche organische oder anorganische Materialien, beispielsweise bei der Kristallzüchtung.Examples of examination objects are cell cultures, even under unusual pressure and temperature conditions, biological tissue, surfaces to be treated, different organic or inorganic materials, for example in crystal growth.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst in vorteilhafter Weise nur zwei oder drei Elemente, nämlich die Schichten 7, 8,und 9 an Stelle von einer Vielzahl von Schläuchen, welche umständlich zu handhaben sind und die die im Stand der Technik aufgeführten Nachteile besitzen. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Vorrichtung kompakt und weist auch bei erhöhten Drucken von beispielsweise 7 bar eine gute Betriebssicherheit auf. Die Abmessungen können je nach Bedarf variieren, jedoch können die erfindungsgemäß
zusammengefügten Schichten Abmessungen in der Größenordnung im Millimeter- oder Zentimeterbereich hinsichtlich der Seitenlängen haben.The device according to the invention advantageously comprises only two or three elements, namely the layers 7, 8 and 9, instead of a plurality of tubes, which are cumbersome to handle and which have the disadvantages listed in the prior art. In particular, the device according to the invention is compact and has good operational reliability even at elevated pressures of, for example, 7 bar. The dimensions may vary as needed, however, the present invention joined layers have dimensions in the order of millimeters or centimeters in terms of side lengths.
Das Strömungselement 7 kann Durchflüsse von typischerweise wenigen μl/min bis 100 ml/ min je nach Kanalgeometrie und Druck ermöglichen. ,The flow element 7 can allow flow rates of typically a few μl / min to 100 ml / min, depending on the channel geometry and pressure. .
Beispiel:Example:
Der erste Teil besteht aus mehreren Vorratsbehältern, welche die Flüssigkeiten (Nährlösung, Puffer, Pharmaka etc.) enthalten. Der zweite Teil besteht aus einem sehr kompakten schichtweise aufgebauten dreikomponentigen System. Es vereint elektrisch steuerbare Ventile, eine miniaturisierte Mischkammer und eine Temperaturregulierung und kann problemlos in die verschiedensten, bereits vorhandenen Versuchsaufbauten (Patch-clamp-Setup, konfokaleThe first part consists of several storage tanks that contain the liquids (nutrient solution, buffer, pharmaceuticals, etc.). The second part consists of a very compact layered three-component system. It combines electrically controllable valves, a miniaturized mixing chamber and a temperature control and can be easily integrated into a wide variety of already existing experimental setups (patch-clamp setup, confocal
Mikroskope, Two-Photon-Mikroskope) integriert werden. Über die Ventile können Flüssigkeiten aus den Vorratsbehältern selektiert und in die Perfusionskammer geleitet werden.Microscopes, two-photon microscopes). Liquids can be selected from the storage tanks via the valves and directed into the perfusion chamber.
Druckregulierte VorratsbehälterPressure regulated storage tanks
Die Flüssigkeiten werden durch pneumatischen Druck aus den Vorratsbehältern gepresst. Ein pneumatisches Drucksystem erlaubt eine sehr präzise Strömungsregulation und gleichzeitig die Begasung etwa mit CO2-O2 bei 37 Grad (physiologische Bedingungen) bei erhöhtemThe liquids are pressed out of the storage containers by pneumatic pressure. A pneumatic pressure system allows a very precise flow regulation and simultaneous fumigation with CO 2 -O 2 at 37 degrees (physiological conditions) at elevated levels
Druck (erhöhte Gasaufnahmekapazität). Darüber hinaus ist man dadurch von der erhöht platzierten voluminösen Anordnung der traditionellen hydrostatischen Strömungskontrolle unabhängig.Pressure (increased gas absorption capacity). In addition, one is thereby independent of the elevated placed voluminous arrangement of traditional hydrostatic flow control.
Perfusionssystemperfusion
Designkriterien: Einfachheit, Kompaktheit, Schnelligkeit, FlexibilitätDesign criteria: simplicity, compactness, speed, flexibility
- Das System ist aus nur 3 Komponenten schichtartig aufgebaut: Kontrollelement, Strömungselement, Heizelement. Der Zusammenbau ist einfach.- The system is made up of only 3 components layered: control element, flow element, heating element. The assembly is easy.
- Die flache Anordnung der Kanäle erlaubt eine schnelle und einfache Realisierung komplexer Kanalsysteme. Dabei muss nur eine einzige Komponente hergestellt werden: das Strömungselement.- The flat arrangement of the channels allows fast and easy realization of complex channel systems. Only one component has to be produced: the flow element.
- Die flache Anordnung erlaubt direkte Integration von Perfusionssystem, Perfusionskammer und anderer Elemente.- The flat arrangement allows direct integration of perfusion system, perfusion chamber and other elements.
- Die flache Anordnung erlaubt eine effiziente Simulation der Strömung und korrektes
Design vor Realisation.- The flat arrangement allows efficient simulation of the flow and correct Design before realization.
- Die Elastomerschicht hat Doppelfunktion: Träger des Kanalsystems und Dichtung.- The elastomer layer has dual function: Carrier of the channel system and seal.
- Das Strömungselement ist bei Kontamination oder gewünschtem Kanalsystemwechsel leicht ersetzbar. Dessen Herstellung ist einfach und kann von fachfremden Personen durchgeführt werden.- The flow element is easily replaceable in case of contamination or desired channel system change. Its production is simple and can be performed by non-experts.
- Das Kanalsystem kann beliebig gestaltet werden und mit Standardtechniken hergestellt werden.- The channel system can be designed as desired and manufactured using standard techniques.
- Um ein möglichst schnelles und artefaktfreies Schalten und Mischen zu gewährleisten, werden miniaturisierte und elektrisch steuerbare Ventile eingesetzt. - Aufgrund der Kompaktheit und der geringen Flüssigkeitsmengen in den Mikrokanälen ist der Wärmeübertrag auf die durchfließende Lösung erheblich besser. Die Temperaturkontrolle wird daher effizienter und stabiler.- To ensure the fastest and artifact-free switching and mixing, miniaturized and electrically controllable valves are used. - Due to the compactness and the small amounts of liquid in the microchannels, the heat transfer to the flowing solution is considerably better. Temperature control therefore becomes more efficient and stable.
- Die Kompaktheit vereinfacht die Integration z. B. in Mikroskopaufbauten.- The compactness simplifies the integration z. B. in microscope assemblies.
- Kleine Flüssigkeitsmengen lassen sich schneller und präziser schalten. - Die Temperaturkontrolle wird daher effizienter und stabiler.- Small amounts of liquid can be switched faster and more precisely. - The temperature control is therefore more efficient and stable.
- Die Kompaktheit vereinfacht die Integration z. B. in Mikroskopaufbauten.- The compactness simplifies the integration z. B. in microscope assemblies.
Aufgrund der Kompaktheit und der geringen Flüssigkeitsmengen in den Mikrokanälen ist der Wärmeübertrag auf die durchfließende Lösung besser. Der erste Teil besteht aus mehreren Vorratsbehältern, welche die Flüssigkeiten (Nährlösung, Puffer, Pharmaka etc.) enthalten. Der zweite Teil besteht aus einem sehr kompakten, schichtweise aufgebauten, dreikomponentigen System. Es vereint elektrisch steuerbare Ventile, eine miniaturisierte Mischkammer und eine Temperaturregulierung und kann problemlos in die verschiedensten, bereits vorhandenen Versuchsaufbauten (Patch-clamp-Setup, konfokale Mikroskope, Two-Photon-Mikroskope) integriert werden. Über die Ventile können Flüssigkeiten aus den Vorratsbehältern selektiert und in die Perfusionskammer geleitet werden.
Due to the compactness and the small amounts of liquid in the microchannels, the heat transfer to the flowing solution is better. The first part consists of several storage tanks that contain the liquids (nutrient solution, buffer, pharmaceuticals, etc.). The second part consists of a very compact, layered, three-component system. It combines electrically controllable valves, a miniaturized mixing chamber and a temperature control and can be easily integrated into a wide variety of existing experimental setups (patch-clamp setup, confocal microscopes, two-photon microscopes). Liquids can be selected from the storage tanks via the valves and directed into the perfusion chamber.
Claims
1. Zuleitungssystem, umfassend mindestens zwei Zuleitungen zu einer Mischkammer, die über eine Ausgangsleitung verfugt, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuleitungssystem durch ein Schichtsystem aus mindestens zwei Schichten gebildet wird, von denen die erste Schicht (7) ein Strömungselement ist, in welches dieA supply system, comprising at least two supply lines to a mixing chamber, which has an output line, characterized in that the supply system is formed by a layer system of at least two layers, of which the first layer (7) is a flow element, in which the
Mischkammer (11), mindestens zwei Kanäle (10, 10a), die in die Mischkammer (11) führen, sowie ein Ausgangskanal (12), der von der Mischkammer (11) zu einer Probe oder einem Substrat fuhrt, eingelassen sind und die zweite Schicht (8) auf die erste Schicht (7) abdichtend aufgebracht ist.Mixing chamber (11), at least two channels (10, 10 a) leading into the mixing chamber (11), and an output channel (12) leading from the mixing chamber (11) to a sample or a substrate, and the second Layer (8) is sealingly applied to the first layer (7).
2. Zuleitungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die als Strömungselement dienende Schicht (7) aus einem starren Material besteht und mit Befestigungsmitteln an der Deckschicht 8 flüssigkeitsdicht befestigt ist.2. Supply system according to claim 1, characterized in that the serving as a flow element layer (7) consists of a rigid material and is fastened in a liquid-tight manner with fastening means to the cover layer 8.
3. Zuleitungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die als Strömungselement dienende Schicht (7) aus Metall, Edelstahl, Glas, Kunststoff oder PMMA besteht.3. supply system according to claim 2, characterized in that serving as a flow element layer (7) consists of metal, stainless steel, glass, plastic or PMMA.
4. Zuleitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die als Strömungselement dienende Schicht (7) aus einem elastischen Material besteht, und durch eine weitere Schicht (9) durch Befestigungsmittel an die Deckschicht (8) abdichtend angedrückt wird.4. supply system according to claim 1, characterized in that serving as a flow element layer (7) consists of an elastic material, and by a further layer (9) by means of fastening means to the cover layer (8) is pressed sealingly.
5. Zuleitungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die als Strömungselement dienende Schicht (7) aus Gummi, Silikon oder PDMS besteht.5. supply system according to claim 4, characterized in that the serving as a flow element layer (7) consists of rubber, silicone or PDMS.
6. Zuleitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Schichten aus der Gruppe6. supply system according to one of claims 1 to 5, characterized that at least one of the layers from the group
- als Strömungselement dienende Schicht (7),serving as a flow element layer (7),
- Deckschicht (8)- cover layer (8)
- weitere Schicht (9), mit der die als Strömungselement dienende Schicht (7) durch Befestigungsmittel an die Deckschicht (8) abdichtend angedrückt wird, aus transparentem oder durchsichtigem Material besteht.- Another layer (9), with which serving as a flow element layer (7) is pressed by fastening means to the cover layer (8) sealing, made of transparent or transparent material.
7. Zuleitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte wenigstens eines Teils der Kanäle (10, 10a) und/oder des Aus- gangskanals in der Breite eine größere Abmessung haben als in der Tiefe.7. Supply system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the cross-sections of at least a portion of the channels (10, 10 a) and / or the output channel in the width have a larger dimension than in the depth.
8. Zuleitungssystem nach eine der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte wenigstens eines Teils der Kanäle (10, 10a) und/oder des Ausgangskanals in der Tiefe eine größere Abmessung haben als in der Breite.8. Supply system according to one of claims 1 to 7, characterized in that the cross sections of at least a portion of the channels (10, 10 a) and / or the output channel in the depth have a larger dimension than in the width.
9. Zuleitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es mit Mitteln zum Temperieren von Flüssigkeitsströmen ausgestattet ist, die mindestens einen Teil der Kanäle (10, 10a) und/oder den Ausgangskanal (12) und/oder die Mischkammer 11 temperieren.9. supply system according to one of claims 1 to 8, characterized in that it is equipped with means for controlling the temperature of liquid streams, at least part of the channels (10, 10 a) and / or the output channel (12) and / or the mixing chamber 11 temper.
10. Zuleitungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiermittel mindestens eine Komponente aus der Gruppe bestehend aus Peltierelement, Heizplatte, flüssigkeitsführende Kanäle oder Leitungen ist.10. supply system according to claim 9, characterized in that the temperature control is at least one component from the group consisting of Peltier element, hot plate, liquid-carrying channels or lines.
11. Zuleitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Kanäle (10, 10a) und/oder der Ausgangskanal (12) mit Mitteln zum Unterbrechen des Flüssigkeitsstromes ausgestattet ist.11. Supply system according to one of claims 1 to 10, characterized in that at least a part of the channels (10, 10 a) and / or the output channel (12) is equipped with means for interrupting the liquid flow.
12. Zuleitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Kanäle (10, 10a) über Zuleitungen (4, 4a) mit einem Vorratsbehälter (1, Ia) verbunden ist.12. Supply system according to one of claims 1 to 11, characterized in that at least a part of the channels (10, 10a) is connected via supply lines (4, 4a) to a storage container (1, 1a).
13. Zuleitungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitungen (4, 4a) mit Ventilen (5, 5a) ausgestattet sind.13. Supply system according to claim 12, characterized in that the supply lines (4, 4 a) with valves (5, 5 a) are equipped.
14. Zuleitungssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (5, 5a) eine Rückführung eines Flüssigkeitsstromes von dem Vorratsbehälter (1, Ia) zu dem Zuleitungssystem zurück in die Vorratsbehälter ermöglichen.14. Supply system according to claim 13, characterized in that the valves (5, 5a) allow a return of a liquid flow from the reservoir (1, Ia) to the supply system back into the reservoir.
15. Zuleitungssystem nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorratsbehälter (1, Ia, Ib) eine flache Geometrie aufweisen und gestapelt sind.15. Supply system according to one of claims 12 to 14, characterized in that the storage container (1, Ia, Ib) have a flat geometry and are stacked.
16. Zuleitungssystem nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorratsbehälter (1, Ia) an eine Druckquelle (2, 2a) angeschlossen sind.16. Supply system according to one of claims 12 to 15, characterized in that the storage container (1, Ia) to a pressure source (2, 2a) are connected.
17. Zuleitungssystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckquelle (2, 2a) einen Vorratsbehälter (1, Ia) mit einem Gas- oder Flüssigkeitsvorrat umfasst.17. Supply system according to claim 16, characterized in that the pressure source (2, 2a) comprises a reservoir (1, Ia) with a gas or liquid reservoir.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass alle Vorratsbehälter (1, Ia) an eine einzige Druckquelle (2) angeschlossen sind.18. Device according to claim 16 or 17, characterized in that all storage containers (1, Ia) are connected to a single pressure source (2).
19. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Vorratsbehälter (1, Ia) an verschiedene Druckquellen (2, 2a) angeschlossen sind.19. The apparatus of claim 16 or 17, characterized in that at least two storage containers (1, Ia) to different pressure sources (2, 2a) are connected.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der Ausgangsleitung (12) eine Kammer befindet, welche die Probe aufnehmen kann.20. Device according to one of claims 1 to 19, characterized that in the output line (12) is a chamber which can receive the sample.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass sie über Detektoren verfügt, welche optische und/oder elektrische und/oder magnetische Messungen an der Probe in der Kammer nach Anspruch 19 ermöglichen. 21. The device according to claim 20, characterized in that it has detectors which enable optical and / or electrical and / or magnetic measurements on the sample in the chamber according to claim 19.
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