Doppelspritzenpumpe Spritzenpumpen für mikrofluidische Systeme und Lab-on-a-Chip

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KNF Neuberger GmbH - Business Unit LAB

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SPETEC GmbH

Für das pulsationsfreie Fördern von Flüssigkeiten mit einer geringen Flussrate, wie es etwa bei Lab-on-a-Chip-Systemen nötig ist, haben sich Spritzenpumpen bewährt. Eine neue Doppelspritzenpumpe von Spetec soll hier besonders zuverlässige Ergebnisse liefern.

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. Damit lassen sich 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 las-sen sich solche Chips als Einwegprodukt in großer Anzahl zu einem niedrigen Preis fertigen. Dies ermöglicht eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen, z. B. in der medizinischen Diagnostik.

Die Funktionalität komplexer Lab-on-a-Chip-Systeme wird durch aktive Komponenten wie Mikroventile und Pumpen gewährleistet und den Pumpen kommt dabei 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 sehr 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 parallel gefüllt wird. Im Foto ist die Motoreinheit der neuen 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 Mikrokanäle 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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