Spritzenpumpe für mikro-fluidische Systeme Doppelspritzenpumpe für ein Lab-on-a-Chip

Mikrofluidiksysteme sind aufgrund ihrer geringen Größe besonders störanfällig, etwa für Schwankungen im Flüssigkeitsstrom. Mit einer neuen Doppelspritzpumpe ermöglicht Spetec nun einen kontinuierlichen Betrieb, der selbst bei Wechsel der Spritze gewährleistet sein soll.

Anbieter zum Thema

IKA-Werke GmbH & Co. KG

Socorex Isba SA

Anton Paar Germany GmbH

SPETEC GmbH

Der Begriff Lab-on-a-Chip bezeichnet ein System, welches die gesamte Funktionalität eines makroskopischen Labors auf einem Substrat unterbringt. Das Herzstück von der Größe einer Kreditkarte ist ein mikrofluidischer Chip, meist aus Kunststoff oder Glas gefertigt in dem Kanäle zum Transport von Flüssigkeiten, Analyten oder Reaktanden eingeprägt sind. Mit dieser Technologie lassen sich geringste Mengen (wenige Piko- oder Mikroliter) einer Flüssigkeit auf einem einzigen Chip vollständig und automatisch analysieren bzw. zu einer Reaktion zusammenzuführen. Dabei können biologische, chemische oder physikalische Prozesse ablaufen, die sonst nur in großen Reaktoren möglich wären. Ihr Erfolg ist einerseits auf die geringe Größe des Moduls zurückzuführen, aber auch auf den niedrigen Verbrauch wertvoller Chemikalien und die hohe Geschwindigkeit einer Analyse oder Reaktion. Ist ein Modul einmal entworfen, so lassen sich solche Chips in großer Anzahl zu einem niedrigen Preis fertigen, was viele Anwendungen mit einem Wegwerfprodukt ermöglicht, z. B. in der medizinischen Diagnostik.

Nachfüllen im laufenden Betrieb

Die Funktionalität komplexer Lab-on-a-Chip-Systeme wird durch aktive Komponenten wie Mikroventile und Pumpen gewährleistet. Dabei kommt den Pumpen eine besondere Bedeutung zu, um den geförderten Flüssigkeitsstrom konstant und reproduzierbar vorzugeben. Für das pulsationsfreie Fördern von Flüssigkeiten mit einer geringen Flussrate haben sich Spritzenpumpen bewährt. Bei Langzeitanwendungen mussten bisher die Spritzen manuell ausgewechselt werden. Durch eine technische Neuerung ist es der Firma Spetec nun gelungen, eine Doppelspritzenpumpe zu entwickeln, bei der die erste Spritze entleert und die zweite gefüllt wird.

Im Foto ist die Motoreinheit der Symax Spritzenpumpe abgebildet. Auf der oberen Trägerplatte sind die beiden Köpfe der Spritzenhalter mit dem darunter liegenden Spindelschlitz zu sehen. Eine Schnellspannvorrichtung erleichtert einen schnellen Austausch beider Spritzen.

Die Spritzen mit 5, 20 und 50 mL lassen sich schnell und einfach wechseln. Die Flussraten lassen sich über einen Bereich von sechs Größenordnungen von 30 pL/s bis zu 760 µL/s mittels mitgelieferter Software variieren, und es können mehrere Module (bis zu sechs in einer Kombibank) einzeln angesteuert werden. Die Verbindung mit dem Chip erfolgt direkt über Schlauchanschlüsse auf dem Chip und häufig sind auf dem Chip zusätzlich Split Systeme eingebaut, um den Durchfluss durch die µ-Kanäle weiter zu reduzieren.

Fazit

Doppelspritzenpumpen lassen sich überall dort einsetzen, wo geringste Flüssigkeitsmengen über lange Zeiträume reproduzierbar, kontinuierlich und pulsationsfrei z. B. in mikrofluidischen Systemen gefördert werden müssen. Die Steuerungssoftware ermöglicht den Betrieb von bis zu sechs Doppelhubpumpen im automatischen Dauerbetrieb gleichzeitig, wobei auf eine einfache Bedienbarkeit der Software besonderer Wert gelegt wurde.

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