用于从流体分离气泡的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于从流体分离气泡的装置和方法，该装置包括流体可以通过的腔室。根据本发明专利技术，该装置的特征在于内室壁的几何形状在所述腔室内产生连续流和至少一个具有低流速的不连续流的区域，使得气泡在所述区域中保留在内室壁处，并且因此与从腔室流出的流分离。

Device for separating bubbles from a fluid

The present invention relates to an apparatus and a method for separating bubbles from a fluid comprising a chamber that a fluid can pass through. According to the invention, the device is characterized in that the inner wall geometry has continuous and at least one with low velocity area of continuous flow within the cavity, the air bubbles in the area retained in the inner wall, and therefore with the separated flow from the chamber outflow.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于从流体分离气泡的装置
本专利技术涉及用于从流体、特别是从流体系统中的流体、更特别地是从微流体系统中的流体分离气泡的装置和方法。本专利技术还涉及适用于“即时检验”(POC)应用的“芯片实验室”(LOC)的领域。
技术介绍
即时检验(POCT)是指在患者身边进行实验室诊断，即不是在中心实验室进行的诊断，而是例如在医院、在执业医师的实践中或在药房中进行的诊断。POCT也可能在家或救护车中进行。在更广泛的意义上，POCT也用于其他应用领域中的分析方法，例如在食品和环境分析中。用于POC检验的设备通常基于微技术系统，特别是芯片实验室系统。芯片实验室(LOC；或微芯片)在单个装置例如芯片上集合了一个或多个实验室功能。通常，LOC系统指的是微流体系统，微流体系统意味着微升的、甚至低至小于皮升的流体体积在直径为几纳米或微米的通道中移动、反应、被测量等。在微流体系统中，流体内的气泡形成构成了主要的关注问题。气泡可以影响流体的流动特性，例如气泡会部分地或完全地阻塞导管或以多种其他方式干扰流体的测量的精度、例如流体体积的确定，或由于散射效应等干扰对样品的光学评价。流体内的气泡形成可能由于气体成分而引起，例如溶解在其中的氧气或氮气。通常，LOC中使用的样品、试剂等在其被使用之前以低温存储。然后，临到测量之前对其加温。随着温度的升高，溶解在样品中的气体组分的饱和溶解度降低并产生气泡。此外，作为示例，通过将水加热至沸点以上或者通过溶解被冷冻干燥的或冻干的试剂会产生气泡。通过冷冻干燥的试剂产生气泡是由于包含有空气的这些试剂的多孔结构而导致的。这些空气在溶解后作为气泡或多个气泡留在流体中。已经提出了如何在LOC系统中防止这些气泡妨碍测量的多种解决方案。一种可能的方案是从流体中移除气泡或将气泡保持在LOC的特殊区域中，从而避免气泡与诸如光学系统或电极之类的灵敏元件相接触。这种装置被本领域技术人员称为“气泡捕集器”。在EP1855114A1中描述了复合式气泡捕集器。此气泡捕集器布置在微通道的内表面上。被捕获的气泡将彼此相接触并趋于变成大气泡。此外，EP1855114A1涉及一种气泡捕集器，该气泡捕集器不仅捕获存在于液体流中的气泡，而且捕获存在于微通道中的未被液体推出而是作为气泡停留在微通道的内表面的一部分上的气体部分。已经存在于微通道内表面的一部分上的这些气泡可以通过吸附存在于液体中的气泡而容易地长大。然而，所述气泡捕集器需要气泡塌陷并从而形成大气泡。大气泡的形成在能量上是优选的，即小气泡试图通过塌陷至较大的气泡来减小它们的表面。因此，当流体用在微流体系统内并产生稳定的泡沫时，即当小气泡不聚结成更大的实体而仍然是多个小气泡时，此系统受到限制。在流体含有表面活性物质的情况下，通常会形成这样的泡沫。表面活性物质降低了气体与流体之间的界面张力，使得气泡稳定且不聚结。EP1855114A1中公开的气泡捕集器基本上依赖于小气泡聚结成大气泡，因此具有有限的功效。因此，本专利技术的目的是提供一种即使在流体含有有效量的表面活性物质的情况下也能改善气泡从流体的分离的气泡捕集器。
技术实现思路
该目的通过根据权利要求1所述的气泡捕集器和包括该气泡捕集器的流体系统、特别是芯片实验室系统来实现。本专利技术的优选实施方式受各个从属权利要求的限制。此外，提出了一种允许容易且廉价地从流体分离气泡的方法。根据本专利技术，提供了一种用于从流体分离气泡的装置(气泡捕集器)，该装置包括腔室以及将流体引入和引出所述腔室的导管(分别为输入导管和输出导管)，而腔室的内壁的几何形状被设计成使得在腔室内产生连续流并且至少一个区域产生不连续流，使得气泡在该区域中保留在腔室内壁处，并且因此与从腔室流出的流体分离。根据本专利技术，不连续流的流速(速度)的减小必须达到下述水平：其中气泡对内壁的吸附力高于将气泡拖入流出的流中的力。在这些情况下，在流体持续流过腔室并随后流出腔室的同时，流体中的气泡的至少一部分，优选地流体中的至少大部分气泡，保持在腔室的内壁处至少一段时间。由此，气泡与流出的流分离。因此，在本专利技术的上下文中，气泡的分离意味着气泡穿过腔室的流动的任何至少暂时中断。与连续流相比，不连续流中所需的速度减小可尤其取决于流体和气体组分的性质以及腔室的内壁的表面结构和材料。然而，本领域技术人员可以使用常规手段来确定与连续流相比的不连续流中最有效的速度减小以及达到期望的速度减小的手段。根据本专利技术的腔室凭借其几何形状可以产生至少一个具有层流的区域和至少一个具有混沌流的区域。关于本专利技术的术语“混沌流”包括复杂的层流、混沌层流或甚至湍流。优选地，不连续流包括混沌流，而连续流是层流。在混沌流的区域内，产生其中流体的流动减慢到几乎静止的“死水”的至少一个区域或空间区域(体积)。优选地，“死水”区域与具有高速的连续流相邻。优选地，“死水”的区域与腔室的内壁相邻。产生与具有高速的连续流相邻的至少一个具有低速的区域(“死水”区域)使得能够将气泡引导至这些区域中，并且在这些区域与内壁相邻(优选地相接触)的情况下，气泡保留在内壁处。优选地，如果腔室的至少一个横截面超过输入导管和/或输出导管的横截面，优选地超过输入导管的横截面，则在腔室内获得具有不连续流和/或混沌流的至少一个区域。腔室优选地包括一系列的两个或更多个不同横截面。在本专利技术的上下文中，横截面是指垂直于连续流的横截面。在平面图中，腔室优选地包括至少一个具有包括至少一个非线形部分的边界(内壁、优选地侧壁或侧向壁)的平面。因此，在此实施方式中，此平面优选地包括至少一个具有曲线(曲率)的部分。优选地，输入导管和/或输出导管都在此至少一个平面内。延伸穿过室并连接输入导管和输出导管的连接线可以是直线、曲线或多边形样条曲线。在平面图中，腔室可以包括一系列尺寸和/或形状不同的不同平面。然而，腔室也可以垂直于具有相同平面的平面图延伸。根据本专利技术，腔室的至少一个部分可以具有复杂的三维几何形状，特别是基于碗形、锥体、柱体、圆环体或其组合的三维几何形状。在优选实施方式中，腔室包括至少一个具有关于轴线不对称的几何形状的部分，其中，该轴线由该部分内的连续流表示。在另一优选实施方式中，腔室包括至少一个具有关于轴线对称的几何形状的部分，其中，该轴线由该部分内的连续流表示。根据本专利技术的装置特别适合作为流体系统、特别是微流体系统中的气泡捕集器。因此，本专利技术的一方面是包括根据本专利技术的气泡捕集器的微流体系统。此系统优选是即用型系统，即其预填充有样品分析所需的至少一种试剂或所有试剂。在具体实施方式中，这些试剂中的至少一种是表面活性物质(表面活性剂)，特别是蛋白质比如白蛋白，或是酶、特别是DNA聚合酶。在具体实施方式中，所述试剂中的一些或所有试剂是PCR(聚合酶链式反应)或实时PCR所需的试剂，并且其中所述试剂中的一种试剂是表面活性物质。优选地，即用型装置含有冻干物。微流体系统，特别是当作为即用系统提供时，优选是一次性的，即其在使用后被处理掉。具体实施方式如上所述，根据本专利技术的一方面，提供了一种腔室，该腔室的几何形状产生了包括至少一个具有连续流的区域和至少一个具有不连续流的区域的流体流。根据本专利技术的此方面，腔室几何形状因此产生至少一个具有层流的区域和至少一个具有混沌流的区域。腔室内的流速可以变化。在本专利技术的上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从流体样品分离气泡的方法，包括以下步骤：a)将所述流体样品传递通过连接至分析装置的气泡捕集器，b)在所述气泡捕集器中形成所述样品的连续流和具有不连续流的至少一个区域，c)通过将来自流出所述气泡捕集器的所述样品的气泡在所述不连续流的区域中吸附在所述气泡捕集器的内壁处而保留所述气泡。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.15 EP 14181200.81.一种用于从流体样品分离气泡的方法，包括以下步骤：a)将所述流体样品传递通过连接至分析装置的气泡捕集器，b)在所述气泡捕集器中形成所述样品的连续流和具有不连续流的至少一个区域，c)通过将来自流出所述气泡捕集器的所述样品的气泡在所述不连续流的区域中吸附在所述气泡捕集器的内壁处而保留所述气泡。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，腔室内的流产生不同流速的区域，包括至少一个具有高流速的区域和至少一个具有低流速的区域。3.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述连续流包括具有高流速的区域，所述不连续流包括具有低流速的区域。4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述不连续流的流速的减小必须达到下述水平：所述气泡对所述内壁的吸附力大于将所述气泡拖入流出的流中的力。5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述连续流的流速与所述不连续流的流速之比为至少2:1，优选地为至少5:1，更优选地为至少10:1，更优选地为至少15:1，更优选地为至少25:1，甚至更优选地为至少35:1，最优选地为至少50:1。6.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述高流速区域与所述至少一个具有低流速的区域彼此相邻。7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述高流速为至少5mm/s，优选地为至少10mm/s，最优选地为至少20mm/s。8.根据前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于，所述低流速不大于5mm/s，优选地不大于1mm/s，最优选地不大于0.5mm/s。9.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述不连续流包括混沌流或湍流。10.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述不连续流包括至少一个死水区域。11.根据前述...

【专利技术属性】
技术研发人员：赫尔·延斯·海特曼，弗劳·安妮特·约布斯特，
申请(专利权)人：柯蒂斯有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE