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Die
vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der Mikrofluide, wo Ventile
verwendet werden, um mindestens ein Fluid zu leiten, das innerhalb
einer Analysekarte durch Übertragungsmittel
bewegt wird.
-
Der
Großteil
der Analysekarten umfasst bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt Aussparungen,
die auf ihren beiden ebenen Seiten und parallel zu diesen angeordnet
sind, sowie Aussparungen, die quer zu diesen Seiten verlaufen, wobei
die Gesamtheit der Aussparungen ein Kanalnetz bildet, in dem ein
oder mehrere Fluide bewegt werden. An den Seiten sind diese Aussparungen
durch selbstklebende Folien begrenzt. Die Steuerung der Bewegung
der Fluide wird durch Ventile sichergestellt.
-
Diese
Art von Aufbau ist nicht wiederverwendbar, da nur der einmalige
Gebrauch eines Ventils effizient ist. So kommt die selbstklebende
Oberfläche
der Folie, wenn das Ventil in die geschlossene Stellung gekippt wird,
ebenfalls in Kontakt mit der übrigen
Karte, und das Ventil kann daher nicht weiter verwendet werden.
Das Ventil bleibt in der geschlossenen Position.
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Die
einzige Lösung
dieses Problems besteht daher in der Abscheidung einer inerten,
also nicht klebenden Schicht auf einer klebenden Folie, wobei diese
inerte Schicht vorher durch Ausschnitte, beispielsweise durch die
Einwirkung eines Stanzeisens, ausgeführt und genau auf der klebenden
Folie positioniert wird.
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Dies
ist technisch nicht einfach umzusetzen, außerdem stehen die mit einer
solchen komplexen Folie verbundenen Herstellungskosten sowie die
Schwierigkeiten einer genauen Positionierung dieser Folie auf der Analysekarte
einer Herstellung in sehr großen
Mengen entgegen.
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Die
von der Anmelderin eingereichte Patentanmeldung WO-A-00/13795 schlägt eine
Erfindung einer Vorrichtung oder Analysekarte vor, die es ermöglicht,
in ihrem Inneren eine oder mindestens zwei Reaktionen parallel oder
nacheinander durchzuführen.
Die Vorrichtung besteht einerseits aus einem Kanalnetz, innerhalb dessen
mindestens eine zu behandelnde und/oder zu analysierende Probe übertragen
werden kann, und andererseits aus mindestens einem in die Vorrichtung
eingebauten Ventil, das die Ausrichtung jeder übertragenen Probe auf das Netz
und somit die Steuerung der Übertragungen,
der Reaktionen und der Analysen in der Vorrichtung ermöglicht.
Aus der Ausführungform
der 1 bis 3 ist ersichtlich, dass zwischen
der selbstklebenden Folie und dem Körper der Karte ein Elastomerplättchen eingefügt ist,
wodurch die Wiederverwendung des Ventils ermöglicht wird.
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Dieser
Aufbau führt
somit sehr wohl zu einer Lösung,
diese erhöht
jedoch die Anzahl von Teilen und die Kosten für die Umsetzung einer funktionellen
Analysekarte.
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Die
Patentschrift WO-4-97/27324 versucht eine Lösung zu diesem Problem zu finden.
Sie betrifft daher eine Kassette zum parallelen Ausführen von
Reaktionen, die eine Eingangsöffnung
und eine Ausgangsöffnung
für die Übertragung
von einer oder mehreren Proben zum Einführen in die Kassette enthält. In der
Kassette sind Ventile mit einem besonderen Aufbau vorgesehen (Bursapak-Kammer,
Kolbenventil, Kugelventil). Diese Ventile ermöglichen unter der Einwirkung
einer kontinuierlichen äußeren Kraft
die Aufrechterhaltung eines geschlossenen Kanals. In dieser Ausführungsform
ist die Folie auf die Kassette gelötet.
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Dieser
Aufbau bringt jedoch einen Hauptnachteil mit sich. Dieser besteht darin,
dass die Seite der Kassette beim Löten der Folie verformt wird.
Obwohl diese Seite ursprünglich
vollkommen eben ist, führt
das Löten zu
einer Verformung, die für
die spätere
Benutzung der Kassette nachteilig ist. Dies kann von Handhabungs- und/oder
Analysefehlern zur Unmöglichkeit
reichen, das Ventil zu betreiben. Die gravierendsten Probleme können dann
auftreten, wenn diese Art von Kassette in einem Automaten eingesetzt
wird, was im Allgemeinen der Fall ist. In einer solchen Konfiguration
kann die durch das Löten
verformte Karte den gesamten Automaten blockieren oder gar zerstören.
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Ein
anderer Nachteil dieser Erfindung besteht darin, dass es unerlässlich ist,
die Folie präzise
auf die Karte zu löten.
Ein kleiner Fehler kann zum Verstopfen der Kanäle und/oder einem Bruch des
Ventils führen.
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Die
Anmelderin hat außerdem
die Patentanmeldung PCT/FR00/1719 mit Prioritätsdatum vom 22. Juni 1999 eingereicht,
die eine konkrete Reaktion auf die Gesamtheit der oben dargestellten
Nachteile des Stands der Technik darstellt. So erfolgt das Löten der
Folie auf den Körper
der Analysekarte, ohne die Seite, auf der gelötet wird, zu beschädigen. Außerdem gibt
es eine größere Toleranz
für die
Lötposition,
da diese die das Ventil bildende Zone lediglich eingrenzt und nicht
näher anpasst.
Diese Erfindung betrifft ein Ventil, das von mindestens einem Kanal
durchdrungen ist und das Leiten mindestens eines Fluids, das innerhalb
einer Analysekarte bewegt wird, ermöglicht, wobei die Analysekarte
zwei Seiten umfasst, die miteinander über einen Rand verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, dass sie einerseits aus einer Folie, die
flexibel ist und/oder die verformt werden kann und auf einem Teil
mindestens einer der Seiten der Karte befestigt ist, und andererseits aus
einem Mittel zum Verdichten der Folie, welches aktiviert oder deaktiviert
sein kann, besteht. Die Befestigung erfolgt an mindestens einer
der ebenen Seiten durch eine an einer Randverstärkung des Ventils angeordnete
Befestigung, wie beispielsweise einer Rille. Außerdem wird die Befestigung
durch Löten
am Rand des Ventils auf dem Boden der Rille sichergestellt.
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Die
im Stand der Technik verwendeten flexiblen Folien sind jedoch inert,
das heißt,
sie weisen nur Fähigkeiten
zur strukturellen Deformation infolge von physikalischen Kräften auf.
Die Folge dieser Kräfte
kann, je nach ihrer Intensität,
eine konstante Verformung sein, die entweder die endgültige Öffnung oder
das endgültige Schließen mit
sich bringt. Diese Öffnungen
und/oder Schließungen
durch Verformung erfordern außerdem
die Anordnung eines Mechanismus zum Betätigen der Bewegung der flexiblen
Folie, welcher umfangreich, schwer und kostspielig ist.
-
Es
gibt Folien, die nicht inert sind, wobei es sich um intrinsisch
leitende Polymere handelt, die besser in der folgenden Darstellung
definiert werden. Die Verwendung solcher Folien als Stellglied ist
auch aus den folgenden Patentschriften bekannt:
- • in WO-A-99/07997
wurde ein durch ein leitendes Polymer angetriebener rotierender
Motor vorgeschlagen,
- • in
EP-A-0.735.518 wurde eine Braillezelle vorgeschlagen, die mit einem
Stellglied versehen ist, welches ein Polymer mit intrinsischer Elektrizität enthält, und
- • WO-A-98/35529
stellt ein Ultraschallstellglied aus dielektrischer elastomerer
Polymerfolie vor.
-
Die
Patentanmeldung WO-4-97/22825 schlägt eine Mikrofluidvorrichtung
zum Befreien einer Flüssigkeit
oder eines Gases, die in einer Tasche vorhanden sind, über eine
Leitung (48) vor. Das Schließen oder die Öffnung der
Leitung, deren Zwischenwände
nachgiebig sind, erfolgt über
ein Ven til, das ein piezoelektrisches Stellglied enthält, welches
die Leitung über
eine Metallfeder schließen
und öffnen
kann. Das Schließen
oder das Öffnen
erfolgt mittels elektrischen Potenzials, welches am Stellglied angelegt
wird. Außerdem
betrifft die Patentschrift US-A-6,033,191 insbesondere eine Pumpe
und nicht wirklich ein Ventil. Diese Pumpe weist unter anderem ein
piezoelektrisches Stellglied auf, welches die Membran der Pumpe überlagert
und selbst über
ein elektrisch leitendes Verbindungsmittel befestigt ist.
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Im
Gegensatz zur vorliegenden Erfindung, in der das Stellglied aus
dem einzigen elektrischen Strom besteht, der die Folie unmittelbar
verformt, besteht das Stellglied aus dem Stand der Technik, wie
in den vorhergehenden beiden Dokumenten dargestellt, aus zwei Teilen,
die durch das piezoelektrische Element unmittelbar, oder durch die
Feder mittelbar dem elektrischen Potenzial ausgesetzt sind, wobei
diese beiden Teile unabhängig
von der Zwischenwand sind, die sich immer unter mittelbarer Einwirkung
des elektrischen Stroms verformt.
-
In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, leitende Polymere
zu verwenden, die sich von den oben aufgelisteten sehr unterscheiden
und die auch elektroaktive Polymere genannt werden. Sie ermöglichen
die Ausführung
von Ventilen und genauer gesagt von Mini-Ventilen, die normalerweise geöffnet oder
geschlossen sind und die geöffnet
bzw. geschlossen werden, wenn ein elektrischer Strom an ihnen angelegt
wird. Dieser Mechanismus vereinfacht ihren Aufbau und ihre Bedienung
erheblich.
-
Solche
Polymere sind bereits bekannt, aber ihr Einsatz ist derzeit auf
die Grundlagenforschung beschränkt.
Die Verwendung dieser Materialien in Ventilen auf Analysekarten
kleiner Ausmaße
ist daher besonders interessant und nicht evident.
-
Im
Vergleich zu den mechanisch oder pneumatisch gesteuerten Ventilen
weisen Ventile, die durch elektroaktive Polymere oder Materialien
mit Formgedächtnis
gesteuert sind, die folgenden Vorteile auf:
- • Reduktion
der mit dem Ansprechen der Ventile verbundenen Geräte,
- • vereinfachte
Miniaturisierung, ein Ventil kann eine Größe von einem Mikrometer (μm) aufweisen,
wodurch eine größere Dichte
an Ventilen erzielbar und dadurch das Führen komplexerer (beispielsweise
mehr Schritte enthaltender) biologischer Protokolle möglich ist,
und
- • Verbindung
von mindestens zwei Ventilen entlang desselben Kanals, die durch
die strikte Kontrolle ihres Öffnens
und Schließens
die Schaffung einer Mikro-Pumpe ermöglichen.
-
Im
Zusammenhang mit der Mikropumpe besteht die Notwendigkeit, das Öffnen und
das Schließen
der betreffenden beiden Ventile perfekt zu synchronisieren, was
elektrisch, jedoch viel schwieriger, vor allem in der Größenordnung
weniger Mikrometer, mechanisch erfolgen kann.
-
Zu
diesem Zweck betrifft die vorliegende Erfindung ein Ventil, das
mindestens von einem Kanal durchdrungen ist und das Leiten mindestens
eines Fluids, das innerhalb einer Vorrichtung von Übertragungsmitteln bewegt
wird, ermöglicht,
wobei die Vorrichtung mindestens eine, möglicherweise ebene, Seite beinhaltet,
wobei das Ventil einerseits aus einer Folie, die flexibel ist und/oder
verformt werden kann und auf der gesamten oder einem Teil der Seite
der Vorrichtung befestigt ist, und andererseits aus einem Stellglied
der Folie, das das Aktivieren oder Deaktivieren des Ventils ermöglicht,
besteht, wobei dieses Stellglied aus einer elektrischen Quelle besteht,
die direkt auf ein elektroaktives Polymer oder auf ein Material
mit Formgedächtnis
wirkt.
-
Vorzugsweise
besteht die Vorrichtung aus einer Analysekarte, die zwei Seiten
umfasst, welche möglicherweise
eben und miteinander über
einen Rand verbunden sind, wobei das Ventil einerseits aus einer
Folie besteht, die flexibel ist und/oder verformt werden kann und
die auf der gesamten oder einem Teil mindestens einer der Seiten
befestigt ist.
-
Gemäß einer
ersten Ausführungsvariante
besteht die Folie mindestens aus einer Schicht aus elektroaktivem
Polymer zum direkten Aktivieren oder Deaktivieren des Ventils.
-
Gemäß dieser
ersten Ausführungsvariante
ist eine erste Ausführungsform
dargestellt, in der die Folie aus einer Schicht aus elektroaktivem
Polymer besteht, die mit einer porösen Membran verbunden ist,
welche auf der anderen ihrer Seiten mit einer metallischen Schicht
aus Gold oder Silber beschichtet ist, wobei das elektroaktive Polymer
entweder die positive Elektrode oder die negative Elektrode bildet
und die metallische Schicht die Elektrode der komplementären Polarität zum Stellglied
oder der elektrischen Stromquelle bildet.
-
Gemäß dieser
ersten Variante ist eine zweite Ausführungsform dargestellt, in
der die Folie aus einer porösen
Membran besteht, die auf jeder ihrer Seiten mit einer Schicht aus
elektroaktivem Polymer beschichtet ist, wobei sie für eine der
Schichten die positive Elektrode und für die andere Schicht die negative
Elektrode des Stellglieds oder der elektrischen Stromquelle darstellt.
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In
diesen beiden Ausführungsvarianten
besteht eine Schicht aus elektroaktivem Polymer aus Polyanilin und/oder
Polypyrrol und/oder Polythiophen und/oder Polyparaphenylvylen und/oder
Poly-(p-pyridyl-vinylen), möglicherweise
verbunden mit Polyethylen.
-
In
beiden Ausführungsformen
besteht die poröse
Schicht vollkommen aus einem Material oder einer Mischung von Materialien,
die aufgrund ihrer Porosität
für Ionen
durchlässig
sind, wie Teflon, Polyamid, Cellulose Polyacetat und/oder Polycarbonat.
-
Gemäß einer
zweiten Ausführungsvariante
ist zwischen der Folie und dem Stellglied ein Steuermechanismus
vorhanden.
-
Gemäß dieser
zweiten Ausführungsvariante
besteht der Steuermechanismus vollkommen oder zum Teil aus einem
elektroaktiven Polymer, wie einem vorstehend definierten, oder aus
einem Material mit Formgedächtnis,
das das mittelbare Aktivieren oder Deaktivieren des Ventils ermöglicht.
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In
dem Fall, in dem ein Material aus elektroaktivem Polymer verwendet
wird, besteht das elektroaktive Polymer aus einem längslaufenden
Streifen aus mindestens einer Schicht aus elektroaktivem Polymer.
In dem Fall, in dem ein Material mit Formgedächtnis verwendet wird, besteht
dieses aus einem Draht aus einer komplexen Legierung, deren Aufbau
sich in Abhängigkeit
von der Temperatur verändert,
wie beispielsweise einer Nickel- und Titanlegierung.
-
Außerdem wirkt
das Material mit Formgedächtnis
gemäß einer
zweiten Ausführungsvariante
mit einem Kipphebel zusammen und bildet zusammen den gesamten oder
einen Teil des Steuermechanismus.
-
Genauer
ausgedrückt,
besteht der Kipphebel aus einem flexiblen Teil und aus einem steifen
Teil, wobei der steife Teil mit einem Verdichtungsmittel des Ventils,
dem Material mit Formgedächtnis
und dem Hebel zusammen wirkt und das Verdichtungsmittel zusammen
den gesamten oder einen Teil des Steuermechanismus bildet.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine Analysekarte, die
aus mindestens einem wie oben beschriebenen Ventil besteht.
-
Die
Erfindung schlägt
ferner ein Verfahren zum Aktivieren eines wie oben beschriebenen
Ventils vor, das die folgenden Schritte umfasst:
- • Anlegen
von elektrischem Strom an eine Folie oder einen Draht aus elektroaktivem
Polymer oder einem Metall mit Formgedächtnis in der Ruheposition,
wobei das Ventil in einer offenen oder geschlossenen Position ist,
- • Aufrechterhalten
des Stroms zum Festhalten der Folie oder des Drahts in der aktiven
Position, die einer unmittelbaren oder mittelbaren Einwirkung auf
das Ventil in geschlossener oder offener Position entspricht, und
- • Abschalten
des Stroms, damit die Folie oder der Draht in die Ruheposition zurückkehrt
und das Ventil in die offene oder geschlossene Position zurückkehrt.
-
Die
angefügten
Figuren dienen als Beispiele und sind nicht einschränkend. Sie
ermöglichen
das bessere Verständnis
der Erfindung.
-
1 zeigt
eine Draufsicht auf die Analysekarte gemäß einer ersten Ausführungsform.
-
2 zeigt
eine Schnittansicht entlang Linie A-A aus 1, wenn
sich das Ventil in einer geschlossenen Position befindet.
-
3 zeigt
eine mit der 2 identische Schnittansicht,
wenn sich das Ventil in einer geöffneten
Position befindet.
-
4 zeigt
eine Ansicht ähnlich
der in 3, das heißt,
wenn sich das Ventil in einer geöffneten
Position befindet, einer zweiten Ausführungsform.
-
5 zeigt
eine mit der 4 identische Anischt, jedoch
wenn sich das Ventil in einer geschlossenen Position befindet.
-
6 zeigt
eine Draufsicht der 4 und 5.
-
7 zeigt
eine Ansicht ähnlich
der in den 3 und 4, das heißt, wenn
sich das Ventil in einer geöffneten
Position befindet, einer dritten Ausführungsform.
-
8 zeigt
eine mit der 7 identische Ansicht, jedoch
wenn sich das Ventil in einer geschlossenen Position befindet.
-
9 zeigt
eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Analysekarte in einer vierten
Ausführungsform.
-
10 zeigt
eine Schnittansicht entlang der Linie B-B aus 9,
wenn sich das Ventil in einer geschlossenen Position befindet.
-
11 zeigt
eine mit der 10 identische Schnittansicht,
wenn sich das Ventil in einer geöffneten Position
befindet.
-
12 zeigt
eine Draufsicht auf die gesamte Analysekarte im Ausschnitt, gemäß 10 und 11, in
denen sich alle sichtbaren Ventile in der geschlossenen Position
befinden.
-
13 zeigt
eine der 12 identische Ansicht, in der
sich nur eines der sichtbaren Ventile in der geöffneten Position befindet.
-
14 zeigt
eine Ansicht ähnlich
der von 12, in der jedoch alle sichtbar
in der geschlossenen Position befindlichen Ventile direkt durch
den Kipphebel geschlossen worden sind.
-
Schließlich zeigt 15 eine
der 14 identische Ansicht, in der sich nur eines der
sichtbaren Ventile in der geöffneten
Position befindet.
-
Erfindungsgemäße Analysekarte:
-
Eine
erfindungsgemäße Analysekarte 1 besteht
auf demselbem Träger
von wenigen Quadratzentimetern (cm2) aus
einer Kombination aus Funktionen zum Führen von Fluiden (Mikrofluide)
zur chemischen und/oder biochemischen Reaktion, zur Trennung der
in dem Fluid vorhandenen Sorten und zur Erkennung dieser Sorten.
Diese Systeme können
alle Funktionen der gesamten chemischen und/oder klassischen biochemischen
Analysekette auf automatische und autonome Weise sicherstellen,
indem lediglich sehr geringe, zwischen wenigen Mikrolitern und wenigen
Nanolitern umfassende Mengen von Reaktanten gehandhabt werden.
-
Die
für diese
Art von Analysekarte 1 am meisten angetroffenen Funktionen sind
in der nachfolgenden Tabelle 1 aufgelistet. Diese Liste ist jedoch
nicht erschöpfend.
-
Tabelle
1: In einer erfindungsgemäßen Analysekarte
verwendete Grundfunktionen
-
Zu
den zur Ausführung
dieser Analysekarten 1 verwendbaren Materialien gehören Silizium,
Polymere, Quarz oder Glas. Die Verwendung von leitenden Polymeren
und elektroaktiven Polymeren, die weiter definiert wurden, ermöglicht die
Ausführung
zahlreicher anderer Funktionen.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Reaktionskarte 1, die
aus einem parallepipeden Rechteck besteht, welches eine Vorderseite 4 und
eine Hinterseite 5 umfasst, die miteinander über einen
auch Scheibe 6 genannten Rand verbunden sind. In der 1 ist
außerdem
in einfachen Zügen
die Gesamtheit der Elemente dargestellt, die die Vorderseite 4 bilden.
Unter anderem sei auf eine gewisse Anzahl von Kanälen 3 hingewiesen,
die auf Fläche 4 münden. Diese
Kanäle 3 sind
durch eine transparente, auf diese Vorderseite 4 geklebte Folie 7 voneinander
getrennt. Diese Folie 7 muss jedoch nicht zwangsläufig wie
die weiter unten beschriebenen transparent sein, sie könnte auch
lichtundurchlässig,
durchsichtig usw. sein. Die transparente Eigenschaft erlaubt jedoch
eine möglicherweise
bessere Visualisierung der Position einer zu testenden biologischen
Lösung
oder einer anderen in die Karte 1 eingeführten Lösung. Die
Hinterseite 5 umfasst außerdem eine mit 21 angegebene
transparente Folie, die die gepunktet dargestellten Kanäle 3 abschließt, da diese
sich bündig
mit dieser Hinterseite 5 befinden. Diese Folie 21 ist
der sehr ähnlich,
welche an der Vorderseite 4 der 10 und 11 dargestellt
ist, welche eine andere Ausführungsform
darstellt, und wird dort mit 16 angegeben. Die Folien 16 und 21 bestehen
aus BOPP (Biaxially Oriented PolyPropylen) oder anderen Folien derselben
Eigenschaften, welche auf den Körper
der Karte 1 geklebt oder gelötet sind, wobei der Körper bezüglich der übertragenden
Lösungen
und der Reaktionen, denen sie unterliegen, inert ist. Die Art der
Folie 7 ist dagegen sehr speziell, weil sie aus einem elektroaktiven
Polymer besteht. Sie wird im Folgenden näher dargestellt.
-
Jede
Folie 7, 16 oder 21 kann auf der gesamten
Oberfläche
der Karte 1 vorliegen, was für die Folien 16 und 21 der
Fall ist, oder auf bestimmten Abschnitten der Karte 1,
wie bei Folie 7. Es kann jedoch auch keine Folie 21 vorliegen,
in welchem Fall sie durch eine aus demselben Material wie der übrige Körper der
Karte 1 gebildete Seitenwand ersetzt wird.
-
Die
Folie 16 begrenzt die Außenseite der Ventile 2 gemäß der Ausführungsform
aus 10 und 11. Diese 16 ist
also ausreichend nachgiebig, um den Durchlass einer zu testenden
Flüssigkeit,
einer zu behandelnden Lösung,
einer Waschflüssigkeit,
einer Elutionsflüssigkeit
o.ä. zu
ermöglichen.
Sie kann aus einer Membran aus den folgenden Materialien bestehen:
Silikon, Latex, Elastomer, beispielsweise Santopren (Schutzmarke),
komplexen Sandwichschichten zweier Dicken, wie beispielsweise ein
Paar PE/PET (PolyEthylen/PolyEthylen Tetraphtalat) oder komplexer
Sandwichschichten von mehr als zwei Dicken, wie beispielsweise einem
Paar SEBS/SBS (Styrolethylen/Butylenstyrol/Styrolbutylenstyrol).
-
Ferner
können
die an der Vorderseite 4 angeordnete transparente Folie 16 und
die an der Hinterseite 5 angeordnete transparente Folie 21 aus
einer einzigen transparenten Schicht bestehen, was die Herstellung der
so ausgestatteten Karte 1 erleichtert.
-
Eine
erfindungsgemäße Analysekarte 1 umfasst
im Allgemeinen mehrere Ventile 2, wie dies beispielsweise
bei den von der Anmelderin eingereichten Patentanmeldungen PCT/FR00/01718
mit Prioritätsdatum vom
22. Juni 1999 und FR00/10978 vom 28. August 2000 der Fall ist. Ein
Beispiel für
Fluidbewegungen (F1 in 1) im Inneren des Netzes aus
Kanälen 3 (F3
in den 3, 4, 7 und 11)
oder bei den Ventilen 2 ist außerdem gut in der Patentanmeldung
FR00/10978 dargestellt.
-
Die
Steuerung der Ventile 2 geschieht durch elektrisches Antreiben,
wie nachfolgend genauer beschrieben werden wird.
-
Leitende Polymere:
-
Zur
Information können
die im oben angeführten
Stand der Technik erwähnten
leitenden Polymere zu den drei großen Gruppen gehören:
- • extrinsische
leitende Polymere, die aus einer isolierenden polymeren Matrix bestehen,
mit der leitende Partikel verbunden sind, im Allgemeinen aus Kohlenstoff,
die das elektrische Leiten des Materials sicherstellen; extrinsische
leitende Polymere werden vielfach im Verpackungsbereich (antistatisch
oder antielektromagnetisch) zum elektrischen Schutz und der Leitfähigkeit
eingesetzt,
- • ionische
leitende Polymere, die nach den Trägerpolymeren der Jonengruppen
klassifiziert werden können,
mit Jonenlösung
gefüllte
Polymere und feste Elektrolytpolymere; die Leitfähigkeit des Polymers wird durch
die in dem Material vorhandenen Ionen sichergestellt; die ionischen
leitenden Polymere finden im Bereich von Generatoren für elektrochemische
Polymere ihren industriellen Einsatz,
- • intrinsische
leitende Polymere, die abwechselnd einfache und doppelte (verbundenes
Polymer) Bindungen aufweisen; diese elektronisch besondere Struktur
ist für
ihre Leiteigenschaften verantwortlich, wobei die Leitfähigkeit
durch Kohlenwasserstoffketten des Polymers sichergestellt wird;
einige haben elektrische Eigenschaften (Polyanilin, Polypyrrol,
Polythiophen, Polyacetylen), während
andere elektrolumineszente Eigenschaften aufweisen (Polyphenylenvinylen).
-
Elektroaktive Polymere:
-
Elektroaktive
Polymere haben die Eigenschaft, sich zu verformen, wenn sie einer
Spannung ausgesetzt sind. Sie können
entsprechend entweder einer senkrechten Bewegung oder einer länglichen
Bewegung infolge einer elektrischen Spannung in zwei Familien unterteilt
werden, wie dies anschaulich in der folgenden Tabelle 2 dargestellt
ist.
-
Tabelle
2: Art der elektroaktiven Polymere in Abhängigkeit von ihrer Bewegungsform
-
Unter
dem Namen Nafion (Schutzmarke) existieren Produkte in Blattform einer
Dicke von 180 μm,
die von der Firma Dupont de Nemours in den USA hergestellt werden.
Es handelt sich um das Polymer Perfluorsulfat, das danach mit Elektroden
beschichtet wird. Ergänzende
Informationen über
das Material sind ersichtlich aus dem Artikel von S. G. Wax und
R. R. Sands, Electroactive Polymer Actuators and Devices, SPIE,
Bd. 3669, März
1999, Seite 2–10
oder aus dem Artikel von Y. Bar-Cohen, S. Leary, M. Shahinpoor,
J. O. Harrison und J. Smith, Electro-Active Polymer (EAP) actuators
for planetary applications, SPIE, Bd. 3669, März 1999, S. 57–63. Die
Protonen werden durch mobile Kationen ausgetauscht, die in dem Austauschprozess
verwendet werden, wobei es sich im Allgemeinen um Natrium (Na+) oder Lithium (Li+)
handelt. Damit dies funktioniert, ist hierzu die Anwesenheit eines
Lösungsmittels
erforderlich und es wird hierbei viel Wasser absorbiert. Die SO3 –-Gruppen sind an der
Matrix der Membran befestigt.
-
Elektrisches Ansprechen:
-
Hinsichtlich
des Problems des elektrischen Ansprechens einer Matrix aus n × n Elektroden,
die den auf einer Analysekarte vorhandenen elektroaktiven Ventilen
entsprechen, ist die Verwendung entweder einer direkten Verbindungstechnik
oder eines Multiplexings möglich.
-
Die
direkte Verbindung ist das einfachste Ansprechschema. Sie besteht
darin, jedes Element der Matrix X/Y durch zwei Verbindungsdrähte zu verbinden.
Der Träger
kann ebenso ein Siliziumträger
wie ein Polymerträger
sein, der aufgrund der Mikrotechnologie oder der Technik der aufgebrachten
Schaltkreise und Siebdruck eine variable Größe aufweisen kann.
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Die
Multiplexing-Technik besteht in der Integration der elektronischen
Funktionen in die Elektroden der Matrix (Dekodierer Zeilen-Spalten).
Diese elektronischen Funktionen gestatten in Abhängigkeit von der Wahl der Zeile
und der Spalte das gezielte Ansprechen eines Punktes X/Y. Nur die
Mikroelektroniktechnik ermöglichen
die Ausführung
von Bestandteilen mit integrierten elektronischen Funktionen. Dies
Art von Ansprechschema, die sich auf die Technologie integrierter
Schaltkreise stützt,
ist den Bestandteilen geringer Größe, die nur auf Silizium oder
Glas ausgeführt
sind, vorbehalten. Derartige Prinzipien des Multiplexings sind in
der US-Patentschrift Nr. US-A-5,965,452 beschrieben.
-
Die
Wahl eines Ansprechschemas hängt
von der angestrebten Dichte der Elektroden pro cm2 ab.
Bei einer Elektrodendichte von mehr als 100 pro cm2 im
Allgemeinen eine Multiplex-Matrix mittels Mikroelektronik auf Silizium
oder Glas eingesetzt. Diese Technik sollte aufgrund ihrer geringen
Kosten pro cm2 auf Bestandteile geringer
Größe, in der
Größenordnung
von einigen mm2 beschränkt sein und eignet sich zur
Herstellung elektrisch ansprechbaren Chips mit ADN. Dagegen kann
für geringere
Dichten das direkte Verbindungsschema verwendet werden.
-
Beschreibung der Erfindung:
-
Die 1 bis 8 zeigen
eine erste Ausführungsform,
die eine Folie 7 aus elektroaktivem Polymer verwendet und
die direkte Einwirkung der elektrischen Stromquelle auf die Folie 7 ermöglicht.
Die Figuren beschreiben tatsächlich
drei alternative unterschiedliche Konstruktionen, die jeweils in
den 1 bis 3 in der ersten Ausführungsvariante,
in den 4 bis 6 in der zweiten Ausführungsvariante
und in den 7 und 8 in der
dritten Ausführungsvariante
dargestellt sind.
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Die 9 bis 13 zeigen
eine zweite Ausführungsform,
welche eine normale Folie 16 verwendet, das heißt, die
identisch mit der an der Rückseite 5 der
Karte 1 befindlichen Folie 21 ist und die über einen
zwischen geschaltetenen Steuermechanismus 13 die mittelbare
Einwirkung der elektrischen Stromquelle auf die Folie 16 ermöglicht.
Diese Figuren beschreiben eine vierte Ausführungsvariante.
-
In
der folgenden Beschreibung wird auf die Ausführungvarianten mit Bezug auf
die oben gegebenen Erklärungen
Bezug genommen.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Analysekarte 1, die
ein in kleiner Größe gefertigter
Träger
ist, beispielsweise von einigen Quadratzentimetern, der mit Hilfe
eines Netzes zum Zirkulieren von Fluiden die Ausführung (beispielsweise
durch Elektrophorese, Pumpen, Ventile, Sensoren) von chemischen
oder biochemischen Reaktionen (Mischen, Inkubation, Erhitzung, usw.)
und das Trennen (Elektrophorese, Chromatographie usw.) oder Erkennen
(elektrochemisch, spektroskopisch, usw.) einer oder mehrerer in
dem Fluid vorhandenen Arten ermöglicht.
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1. Erste Ausführungsvariante:
-
1 zeigt
eine erste Ausführungsvariante,
die in groben Zügen
die Merkmale von den 4 bis 6 der Patentschrift
PCT/FR00/01719, die von der Anmelderin mit Prioritätsdatum
22. Juni 1999 eingereicht wurde, wiederholt, jedoch mit dem Unterschied,
dass es in den Figuren der vorliegenden Erfindung keine flexible
Zunge gibt. In diesem Fall sei darauf hingewiesen, dass das Ventil 2 aus
einer kleinen ebenen Oberfläche
besteht, welche auf derselben Höhe
wie die übrige
Ebene der Karte 1 angeordnet ist (siehe auch 2 und 3).
Diese kleine ebene Oberfläche
umfasst mindestens einen Kanal 3 zum Aufnehmen und einen
Kanal 3 zum Abgeben, wobei die Schnittstelle zwischen der
Oberfläche
und den Kanälen 3 zum
Aufnehmen und Abgeben von Fluid mit der Folie 7 in Kontakt
stehen, wie dies in 2 gut sichtbar ist. In diesem
Fall ist das Ventil geschlossen. Aus 2 ist außerdem ersichtlich,
dass die Folie 7 eine Invagination 25 zur Mündung der beiden
Kanäle 3 enthält. Diese
Invaginationen 25 können
natürlich
auch den anderen Kanal 3 münden oder beide Kanäle 3 jedes
Ventils 2. Außerdem
kann es auf der Höhe
des Ventils 2 mehrere, d.h. drei oder mehr, Kanäle 3 eben.
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Es
sei außerdem
darauf hingewiesen, dass die Karte eine gewisse Anzahl von Abschnitten 17 enthält. Die
Abschnitte 17 sind über
Kanäle 3 mit
Ventilen verbunden und es ist möglich
(dies wird in der Figur jedoch nicht dargestellt), dass an der übrigen Karte 1 weitere
Ventile und weitere Abschnitte vorliegen, wodurch die Mischung zwischen
zwei Kanalnetzen 3, die parallel und nicht mehr nacheinander
angeordnet sind, möglich wird.
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In
den 2 und 3 erkennt man, dass auf der
oberen Seite 4 der Karte 1, zumindest auf der
Höhe des
Ventils 2, eine flexible Folie 7 vorhanden ist,
die nicht selbstklebend ist, wie dies in der Analyse des Stands der
Technik erläutert
wurde. Diese Folie 7 wird also bei 10 auf die
Höhe einer
umlaufenden Rille 9 des Ventils 2 abgebogen. Diese
Technik wird hier insbesondere als repräsentatives Beispiel einer Ausführungsform
ohne einschränkenden
Charakter beschrieben und wurde darüber hinaus in der Anmeldung
PCT/FR00/01719 bereits ausführlich
beschrieben. Auf der unteren Seite 5 der Karte 1 ist
es dennoch möglich,
eine im Stand der Technik wohlbekannte selbstklebende Folie 21 einzusetzen.
Es ist natürlich
auch möglich,
eine zweite flexible Schicht 7 auf dieser anderen Seite
in Abhängigkeit
der Positionen einer einzigen Seite oder der Karte 1 der Ventile 2 zu
haben. Die oberen Seiten 4 und unteren Seiten 5 sind
miteinander über
einen Rand 6 verbunden.
-
Das
eine oder die mehreren in der Analysekarte 1 vorhandene
Fluid werden durch eine Beaufschlagung mit Druck oder einer geschaffenen
Druckentladung entlang F1 innerhalb dieser Karte 1 bewegt.
Diese Bewegung von Fluiden in der Höhe eines Ventils 2 entlang
F3 in 3 erfolgt bei Verformung der Invagination 25 entlang
F2, durch eine Beaufschlagung mit elektrischer Spannung, die die
Mobilisierung der Ionen in der Schicht aus leitenden Polymeren hervorruft.
Diese Mobilität
der Johnen führt
durch die Bewegung der Wassermoleküle zur Verformung, der Kontraktion
oder Dilatation der Folie. Das Verhältnis Spannung – Strom
ist in der Regel Voltamogramm, was zu einer erheblichen Hysterese
zwischen Oxidation und Reduktion führt. Ein Beispiel für die Entwicklung
von Strom in Abhängigkeit
von der angelegten Spannung ist beispielsweise aus dem Artikel von
T. W. Lewis, L. A. P. Kane-Maguire, A. S. Hutchinson, G. M. Spinks
und G. G. Wallace, Development of an all-polymer, axial force electrochemical
actuator. Synthetic Metals 102 (1999) 1317–1318 ersichtlich.
-
Die
Folie 7 kann somit verformt werden und das Fluid kann wie
dargestellt entlang F3 durchlaufen. Es ist daher notwendig, dass
die Folie 7 aus einem Material besteht, das sich unter
der Einwirkung von elektrischem Strom verformt und das in die Verschlussstellung
gemäß 2 zurückkehrt,
wenn der Strom nicht mehr angelegt wird.
-
Gemäß einer
ersten Konstruktionsform besteht das elektroaktive Polymer, das
die Folie 7 bildet, aus einer porösen Membran, die auf einer
ihrer Seiten mit einer Schicht aus Gold oder Silber beschichtet
ist, welche zugleich die positive und die negative Elektrode der
elektrischen Stromquelle bildet.
-
Gemäß einer
zweiten Konstruktionsform besteht das elektroaktive Polymer aus
einer porösen
Membran, die auf jeder ihrer Seiten mit einer leitenden Schicht
beschichtet ist, die für
eine der Schichten die positive Elektrode und für die andere Schicht die negative
Elektrode der elektrischen Stromquelle bildet.
-
Diese
leitende Schicht besteht aus Polyanilin und/oder Polypyrrol, die
bei elektrischer Anregung mit einer senkrechten Bewegung reagieren.
-
2. Zweite Ausführungsvariante:
-
Diese
Variante weist die gleichen Bestandteile und die gleichen Bezugszeichen
auf wie die der ersten Variante, nämlich das Ventil 2,
die Kanäle 3,
die Seiten 4 und 5 der Analysekarte 1,
der Rand 6 der Karte 1, die Folie 7 aus
elektroaktivem Polymer, die von der Seite 4 der Karte 1 getragen
wird, die Verstärkung
oder umlaufende Rille 9 des Ventils 2, die umlaufende
Lötstelle 10,
die sich am Boden der Rille 9 und der Folie 21 befindet.
-
Im
Gegensatz dazu umfasst die obere Seite 4 der Karte 1 eine
Aussparung 26, deren Ausmaße (Durchmesser oder obere
Tiefe) Folgendes ermöglicht:
- • das
Vorhandensein einer Dicke 27 (Durchmesser oder untere Tiefe)
der Folie 7, und
- • dass
die beiden in dem Ventil 2 vorgesehenen Kanäle 3 in
der Höhe
dieser Aussparung 26 münden.
-
Wenn
eine Potenzialdifferenz angelegt wird, die zuvor in der ersten Ausführungsvariante
definiert wurde, bläht
sich die Folie 7 auf und das Fluid kann nicht mehr entlang
F3, wie in 5 gezeigt, laufen. Es ist daher
notwendig, dass die Folie 7 aus einem Material besteht,
das sich unter der Einwirkung dieses elektrischen Stroms verformt
und das, wenn der Strom nicht mehr angelegt ist, in Position zurückkehrt
und den Durchlass des Fluids entlang F3 ermöglicht, siehe 4.
-
Dies
ist der Umkehreffekt der ersten Ausführungsvariante, in der sich
das Ventil 2 gemäß dieser
ersten Ausführungsvariante,
wenn elektrischer Strom angelegt wird, öffnet, während es 2 sich gemäß der zweiten Ausführungsvariante
schließt
und umgekehrt.
-
Die
Aussparung 26 weist natürlich
den unteren Durchmesser des ebenen Teils auf, der durch die umlaufenden
Rille 9 begrenzt wird.
-
3. Dritte Ausführungsvariante:
-
Diese
dritte Variante weist die gleichen Bestandteile und die gleichen
Bezugszeichen auf wie die der ersten und zweiten Variante, nämlich das
Ventil 2, die Kanäle 3,
die Seiten 4 und 5 der Analysekarte 1,
der Rand 6 der Karte 1, die Folie 7 aus
elektroaktivem Polymer, die von der Seite 4 der Karte 1 getragen
wird, die Verstärkung
oder umlaufende Rille 9 des Ventils 2, die umlaufende
Lötstelle 10,
die sich am Boden der Rille 9 und der Folie 21 befindet.
-
Dagegen
umfasst die obere Seite 4 der Karte 1 eine konkave
Wölbung 28,
deren Ausmaße
dafür ausreichen,
dass die beiden in dem Ventil 2 vorgesehenen Kanäle 3 in
Höhe dieser
konkaven Wölbung 28 münden.
-
Wird
eine Potenzialdifferenz wie die zuvor in der ersten und zweiten
Ausführungsvariante
definierte angelegt, so kann die Folie 7 verformt werden
und legt die Form der konkaven Wölbung 28 fest,
was das Fluid am Durchleiten entlang F3 hindert, wie in 8 gezeigt.
Es ist daher notwendig, dass die Folie 7 aus einem Material
besteht, das dem aus den beiden oben beschriebenen Ausführungsvarianten
entspricht.
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Wenn
die Einwirkung dieses elektrischen Stroms nachlässt, kehrt die Folie 7 in
ihre Anfangsposition, siehe 7, zurück und ermöglicht so
den Durchlass des Fluids entlang F3.
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Es
ist natürlich
auch möglich,
ein umgekehrtes Phänomen
vorzusehen, das heißt,
das elektroaktive Polymer 7 schließt das Ventil 2 in
der Ruhestellung und öffnet
das Ventil 2, wenn Strom angelegt wird.
-
4. Vierte
Ausführungsvariante
-
9 zeigt
eine von den vorhergehenden verschiedene Karte 1, auch
wenn sie dieselben Bezugszeichen beibehält. Sie unterscheidet sich
jedoch dadurch, dass eine Folie 7 aus elektroaktivem Polymer
nicht vorhanden ist, sondern durch eine Folie 16 ersetzt
wurde, wie in den 10 und 11 zu
sehen, deren Eigenschaften im Wesentlichen mechanisch sind, wie
zuvor erwähnt.
-
Diese
vierte Variante betrifft eine Reaktionskarte 1, die ebenso
wie die vorhergehenden, aus einem parallelepipeden Rechteck besteht,
das eine Vorderseite 4 und eine Rückseite 5 umfasst,
die durch einen einen Vorsprung 29 aufweisenden Rand miteinander
verbunden sind.
-
In
den 10 und 11 ist
das Ventil 2 eingehender dargestellt. Es sei darauf hingewiesen,
dass sich dieses 2 in der Ruheposition im geschlossenen
Zustand befindet, da die Folie 16 auf der Seite, auf die
die das Ventil 2 bildenden Kanäle 3 münden, aufgebracht
ist. Die geschlossene Position wird durch das Vorhandensein eines
Verdichtungsmittels oder einer Zunge 8 ermöglicht,
die an der Seite 4 der Karte 1 mit einem Teil der
Oberfläche
befestigt ist, wobei der andere Teil in das Ventil 2 hineinragt.
Um einen Kontakt und eine vollkommene Dichtigkeit des Ventils 2 zu
ermöglichen,
stellt ein Elastomerstein 11, der von der Zunge 8 getragen wird,
in der Ruhestellung die Verbindung zwischen der Zunge 8 und
der Folie 16 sicher.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass in Höhe des freien Endes der Zunge 8 eine
schräge
Kante 12 vorliegt, die das Öffnen des Ventils 2 erleichtert.
Die Funktion dieser schrägen
Kante 12 besteht darin, unter der Einwirkung eines äußeren Elements,
welches nachfolgend beschrieben werden wird, das Kippen der Zunge 8 entlang
F4 aus 11 zu ermöglichen.
-
Die
Funktionsweise dieses Ventils 2 ist daher anders als die
der drei vorhergehenden Varianten, da der elektrische Strom nicht
direkt auf die Folie 16 wirkt. Wenn man sich auf die Betrachtung
der Karte 1 beschränkt,
ermöglicht
allein das Vorhandensein oder die Abwesenheit der Zunge 8 über ihren
Elastomerstein 11 entweder das Schließen oder das Öffnen des
Ventils 2.
-
Das äußere Element,
das die Bewegung der Zunge 8 entlang F4 ermöglicht,
wird in den 12 und 13 dargestellt.
Es handelt sich um einen Steuermechanismus 13, der durch
das Gehäuse 30 eines
in den Figuren nicht dargestellten automatischen Analysegeräts getragen
wird. Dieses Gehäuse 30 trägt mindestens einen
Hebel 15, der aus mehreren Teilen besteht:
- • einer
Basis 31 zum Befestigen an das Gehäuse 30,
- • einem
flexiblen Teil 18, der die Beugeachse des folgenden Teils 19 bildet,
- • einem
steifen Teil 19 zum übertragen
der Kippbewegung entlang F6,
- • einem
Druckbolzen 20, dessen Funktion im Folgenden dargestellt
wird, und
- • einem,
möglicherweise
abgeschrägten,
Ende 24, das auf die Zunge 8 (Bewegung entlang
F4) und genauer gesagt auf die abgeschrägte Kante 12 dieser
Zunge 8 wirkt.
-
Dieses
Kippen entlang F6 ist in 13 gut
sichtbar. Es erfolgt durch einen Draht aus einem Material mit Formgedächtnis 22,
dessen beiden Enden in Kontakt mit einer das Ansprechen ermöglichenden
elektrischen Anschlussklemme 23 stehen. Jeder Draht 22 wird
somit elektrisch angesprochen und elektrisch über einen einfachen Transistor
positioniert, der in den Figuren nicht dargestellt wird und direkt
von der Elektronik des Geräts
gesteuert wird. Dadurch wird auf der Höhe jeder nacheinander geschalteten
elektrischen Anschlussklemme 23, die das Ansprechen ermöglicht,
eine Spannung in der Größenordnung
von einigen Volts angelegt, was den Draht oder die Drähte 22 dilatiert.
Wenn die Drähte 22 nacheinander
angeordnet sind, führt die
Beaufschlagung mit einer Spannung an einer Anschlussklemme 23 zur
Dilatation aller Drähte 22,
die nacheinander angeordnet sind. Wenn dagegen jede Anschlussklemme 23 die
beiden ausgehenden elektrischen Drähte 22 elektrisch
voneinander trennt, kann das Ansprechen in Bezug auf alle oder einen
Teil dieser Drähte erfolgen.
-
Entlang
des Drahtes 22 besteht ein anderer Kontakt mit dem Druckbolzen 20,
der als Übertragungsmittel
für die
Rückhaltkraft
F5 des Drahtes 22 dient, um das Kippen F6 des steifen Teils 19 des
Hebels 15 zu gewährleisten.
Derartige Drähte 22 können aus
Drähten
aus FLEXINOL (Schutzmarke) in einer komplexen Legierung aus Nickel
und Titan bestehen, die von der Firma DYNALLOY Inc., Costa Mesa,
Kalifornien, USA, erhältlich
sind. Bei Raumtemperatur kann der Draht 22 leicht gedehnt
werden, aber bei Beaufschlagung mit ausreichend Strom, das heißt ungefähr 1000
Milliampère
(mA) unter 0,3 Volt pro Zentimeter (V/cm) verringert sich unter
einer Spannung von ungefähr
900 Gramm/Kraft (gF) seine Länge
von 3 auf 5%. Diese Kraft hängt
jedoch von dem Durchmesser des Drahtes ab, wie in Tabelle 3 weiter
unten anschaulich dargestellt.
-
Tabelle
3: Leistung der Drähte
mit Formgedächtnis
in Abhängigkeit
von ihrem Durchmesser
-
Die
Ansprechzeit ermöglicht
13 bis 65 Zyklen pro Minute, bei einer Übergangstemperatur von 90°C. Die Anzahl
von Zyklen beträgt
9 bis 40, wenn diese Temperatur bei 70°C liegt. Die Lebensdauer dieser
Art von Draht 22 beträgt
mindestens eine Million Zyklen.
-
Wie
in den 12 und 13 dargestellt,
kann das automatische Analysegerät
parallel mehrere Karten 1 enthalten, wobei sie 1 jedoch
auch nacheinander oder zwei auf einmal (nacheinander und parallel)
angeordnet sein können.
In einer Ausführungsform
der Erfindung beträgt
der Abstand zwischen zwei parallel angeordneten Karten 1 25
mm. Es ist auch möglich,
einen unter den zahlreichen Hebeln 15 anzuordnen, um die Öffnung mehrerer
Seite an Seite auf einer Karte 1 angeordneter Ventile 2 zu
ermöglichen.
Der Abstand zwischen zwei benachbarten Hebeln 15, die auf
derselben Karte 1 wirken, umfasst im Allgemeinen zwischen
1 und 5 mm. Vorzugsweise weist dieser Abstand einen im elektronischen
Bereich gebräuchlichen
Wert, wie 3,96 mm, 2,54 mm oder 1,28 mm auf.
-
5. Fünfte Ausführungsvariante:
-
Die 14 und 15 zeigen
eine andere Karte 1 als die vorhergehenden, auch wenn sie
dieselben Bezugszeichen beibehält.
Diese 1 unterscheidet sich dadurch, dass sie keine Folie 7 aus
elektroaktivem Polymer aufweist, welche durch eine Folie 16 ersetzt
ist, wie aus den 10 und 11 ersichtlich,
deren Eigenschaften im Wesentlichen mechanisch sind, wie zuvor erwähnt wurde.
Diese fünfte
Variante ist eine vereinfachte Weiterentwicklung der vierten Variante.
-
Der
wesentliche Unterschied besteht in der Tatsache, dass die Karte 1 kein
Verdichtungsmittel 8 umfasst. Diese Karte 1 weist
also Ventile auf, die in der Ruhestellung normalerweise geöffnet sind,
während
sie in der vierten Ausführungsvariante
normalerweise geschlossen sind.
-
Der
Steuermechanismus 13 gemäß der fünften Variante ist daher einfacher,
da der Hebel 32 direkt auf die Karte 1 einwirkt,
so dass deren 32 freies Ende (ohne Bezugszeichen) mit einem
Mittel für
das dichte Schließen
oder einem Verdichtungsstein aus Elastomer 33 versehen
ist. Dieser Stein drückt
die Folie 16 zusammen, wenn der Draht aus Material mit
Formgedächtnis 22,
der bereits in der vorhergehenden Variante beschrieben worden st,
nicht unter Spannung steht.
-
Es
ist auch möglich
vorzusehen, dass der Draht 22 gemäß den drei ersten Ausführungsvarianten durch
einen längslaufenden
Streifen aus einem Material aus elektroaktivem Polymer ersetzt wird.
-
- 1
- Vorrichtung
oder Analysekarte
- 2
- Ventil
- 3
- Kanal
- 4
und 5
- Seiten
der Karte 1
- 6
- Rand
der Karte 1
- 7
- Folie
aus elektroaktivem Polymer, die von der Seite 4 der Karte 1 getragen
wird
- 8
- Mittel
zum Verdichten von Folie 7 oder der flexiblen Zunge
- 9
- Verstärkung oder
umlaufende Rille am Ventil 2
- 10
- Umlaufende
Lötstelle
am Boden von Rille 9
- 11
- Mittel
zum dichten Schließen
oder Verdichtungsstein aus Elastomer, der von dem Mittel oder der Zunge 8 getragen
wird
- 12
- Mittel
zum Öffnen
oder abgeschrägte
Kannte, die von dem Mittel oder der Zunge 8 getragen wird
- 13
- Steuermechanismus
- 14
- Material
mit Formgedächtnis,
das den Steuermechanismus 13 bildet
- 15
- Kipphebel,
der den Steuermechanismus 13 bildet
- 16
- Flexible
Folie und/oder Folie, die verformt werden kann, die von der Seite 4 der
Karte 1 getragen wird
- 17
- Abschnitt
von Karte 1
- 18
- Flexibler
Teil von Hebel 15
- 19
- Steifer
Teil von Hebel 15
- 20
- Druckbolzen
von Hebel 15
- 21
- Von
der anderen Seite 5 der Karte 1 getragene Folie
- 22
- Draht
aus Material mit Formgedächtnis
- 23
- Elektrische
Anschlussklemme, die das Ansprechen ermöglicht
- 24
- Abgeschrägtes Ende
von Hebel 15, das auf die Zunge 8 wirkt
- 25
- Invagination
von Folie 7
- 26
- Vertiefung,
die von der Seite 4 der Karte 1 getragen wird
- 27
- Dicke 27 von
Folie 7 in der Höhe
der Aussparung 26
- 28
- Konkave
Wölbung,
die von der Seite 4 der Karte 1 getragen wird
- 29
- Vorsprung
der Analysekarte 1
- 30
- Gehäuse eines
automatischen Analysegerätes
- 31
- Basis 31 von
Hebel 15 zum Befestigen an dem Gehäuse 30
- 32
- Kipphebel,
der den Steuermechanismus 13 bildet
- 33
- Mittel
zum dichten Schließen
oder Verdichtungsstein aus Elastomer, der von dem Hebel 32 getragen
wird
- F1
- Bewegungen
des Fluids auf der Höhe
der Karte 1
- F2
- Verformung
von Folie 7
- F3
- Fluidübertragung
auf der Höhe
des Ventils 2
- F4
- Kippen
der Zunge 8
- F5
- Rückhaltekraft
des Drahts aus Material mit Formgedächtnis 22 Einwirkung
des Drahts aus Material
- F6
- Kippen
des Hebels 15 unter der mit Formgedächtnis 20
