DE19707044C1

DE19707044C1 - Microflow module for calorimetric measurements

Info

Publication number: DE19707044C1
Application number: DE19707044A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr Dillner; Ernst Dr Kesler; Johann Michael Dr Koehler; Martin Dipl Phys Zieren
Original assignee: Institut fuer Physikalische Hochtechnologie eV
Current assignee: Institut fur Photonische Technologien Ev 0 De
Priority date: 1997-02-21
Filing date: 1997-02-21
Publication date: 1998-08-06
Anticipated expiration: 2017-02-22
Also published as: JP2001513882A; EP1093578A1; WO1998037408A1

Abstract

The invention relates to a micro-flow module for chemical analysis. The invention seeks to create a micro-flow module which makes possible fast sample change and thus inexpensive investigation of fast processes, time-resolved and with low-time constants, and optionally also offers the possibility of carrying out scanning-calorimetry. To this end, the micro-flow module consists of a first chip (1), into which is inserted an extended channel area (10) with a Y-shaped, branched input area (11), to which two input channels (12, 13) connect, and the first chip (1) is overlappingly connected with a second chip (2), which has at least one thermosensitive thin-layer element (21) on the side of the channel.

Description

Die Erfindung betrifft einen Mikroflußmodul für kalorimetrische Messungen im Rahmen von Forschung, Qualitätskontrolle und im Labormaßstab und für andere analytische Aufgaben.The invention relates to a microflow module for calorimetric Measurements in the context of research, quality control and in Laboratory scale and for other analytical tasks.

Meßapparaturen, Auswerteeinheiten und Probenaufnahmevorrichtungen für die genannten Anwendungen sind grundsätzlich bekannt und werden kommerziell angeboten. Mit der Meßmethode der Scanning-Kalorimetrie läßt sich bspw. erkennen, bei welcher Temperatur sich eine Probe umwandelt oder reagiert und wie groß die dazu erforderliche Wärme menge ist, was für die genannten Anwendungszwecke eine notwendig zu wissende Größe darstellt. Gegenüber rein optischen Meßmethoden für gleiche oder ähnliche Zwecke hat die genannte Methode den Vorteil, daß auch optisch nicht transparente Proben einer Messung zugänglich sind.Measuring equipment, evaluation units and sample receiving devices are generally known and are known for the applications mentioned offered commercially. With the measuring method of scanning calorimetry can be seen, for example, at what temperature a sample converts or reacts and how much heat is required quantity is what is necessary for the mentioned application purposes represents knowing greatness. Compared to purely optical measurement methods for same or similar purposes, the method mentioned has the advantage that samples that are not optically transparent are also accessible for measurement.

Aus DE 44 38 785 A1 ist ein Analyse- und Dosiersystem bekannt, bei dem die eigentliche Analyse erst in einer nicht zum Dosiersystem gehörigen externen weiteren Baugruppe erfolgt, wobei zur Detektion keine thermischen Transducer zum Einsatz kommen. Das dort vorgeschlagene System ist ein Reaktor- und Dosiersystem bei dem die vorgesehenen thermischen Elemente ausschließlich zur Ansteuerung von Fluidaktoren dienen.An analysis and metering system is known from DE 44 38 785 A1, at the actual analysis only in a dosing system associated external additional assembly takes place, for detection no thermal transducers are used. That there proposed system is a reactor and metering system in which the provided thermal elements exclusively for the control of Serve fluid actuators.

Aus der DE 44 29 067 A1 ist bereits ein Probenaufnehmer und Sensor für die Scanning-Kalorimetrie, insbesondere differentielle Scanning- Kalorimetrie, bekannt, der ein Heizelement und einen Probenaufnahmebereich beinhaltet, wobei ein mit einer Ausnehmung versehener Trägerrahmen eine membranförmig ausgebildete dünne Trägerschicht aufweist, auf der eine Schichtanordnung, bestehend aus wenigstens einer Sensoranordnung und einer elektrisch beheizbaren dünnen Metallschichtstruktur, die voneinander durch eine elektrische Isolationsschicht getrennt sind, aufgebracht ist und diese mit einer weiteren, die zu untersuchende Probe aufnehmenden Schicht versehen ist. Diese Vorrichtung besitzt zwar gegenüber den sonst bekannten Vorrichtungen eine wesentlich verbesserte Zeitkonstante bezogen auf eine Einzelmessung, ermöglicht aber, wie auch die anderen bekannte Kalorimeter, nur einen sehr geringen Probendurchsatz.From DE 44 29 067 A1 there is already a sampler and sensor for scanning calorimetry, especially differential scanning Calorimetry, known, of a heating element and a Includes sample receiving area, one with a recess provided support frame a membrane-shaped thin Has carrier layer on which a layer arrangement consisting of at least one sensor arrangement and one electrically heatable thin metal layer structure separated by an electrical Isolation layer are separated, is applied and this with a another layer which receives the sample to be examined is. This device has compared to the otherwise known Devices a significantly improved time constant based on a single measurement, however, like the other known ones Calorimeter, only a very low sample throughput.

Weiterhin beschreiben Xie, Mecklenberg, Danielsson, Öhmn, Winquist in "Microbiosensor based on an integrated thermopile", Analytica Chimica Acta 299 (1994), S. 165-170 einen miniaturisierten Biosensor zur Erfassung und Untersuchung enzymatisch katalysierter biochemischer Reaktionen, bei denen die katalysierten Enzyme auf kleine Kügelchen immobilisiert sind, welche sich in einem Untersuchungsraum befinden, der als I-förmiger Flußkanal gebildet ist. Innerhalb dieses Kanals sind Thermoelemente vorgesehen, die von der Probenflüssigkeit umspült werden. Dabei sind die heißen Kontaktstellen der Thermoelemente in der Nähe des Kanalauslaß vorgesehen, wo sich auch die genannten Kügelchen sammeln und tatsächlich auch nur dort die biochemische Reaktion katalysiert wird, was lokal zur Aufheizung der Flüssigkeit führt. Zur Analytik chemischer Reaktionen, die bspw. durch Mischung zweier in Lösung vorliegender Reaktanden induziert werden, ist dieser Mikrobiosensor wenig geeignet, da er die Reaktion nicht in ihrer Gesamtheit erfassen läßt. Dies gilt insbesondere für sehr schnelle chemische Reaktionen, die bei Verwendung des I-förmigen Kanals schon abgelaufen sein können, bevor das Probenvolumen überhaupt den detektiven Kanalbereich erreicht hat. Eine Analytik der Reaktionskinetik ist mit diesem Mikrobiosensor nicht möglich.Furthermore describe Xie, Mecklenberg, Danielsson, Öhmn, Winquist in "Microbiosensor based on an integrated thermopile", Analytica Chimica Acta 299 (1994), pp. 165-170 a miniaturized biosensor for the detection and investigation of enzymatically catalyzed biochemical reactions in which the catalyzed enzymes target small Beads are immobilized, which are in an examination room are located, which is formed as an I-shaped flow channel. Within this Channel thermocouples are provided by the sample liquid be washed around. The hot contact points are the Thermocouples are provided near the duct outlet, where as well collect the beads mentioned and actually only there biochemical reaction is catalyzed, which locally heats up the Liquid leads. For the analysis of chemical reactions, for example by Mixture of two reactants present in solution are induced, this microbiosensor is not very suitable because it does not react in of their entirety. This is especially true for very fast ones chemical reactions that occur when using the I-shaped channel may have expired before the sample volume reaches the detective channel area has reached. An analysis of reaction kinetics is not possible with this microbiosensor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mikroflußmodul für kalorimetrische Messungen zu schaffen, der einen schnellen Probenwechsel und damit preiswerte Untersuchungen schnell ablaufender Prozesse zeitaufgelöst und mit kleinen Zeitkonstanten ermöglicht und wahlweise zugleich die Möglichkeit der Durchführung einer Scanning-Kalorimetrie bietet und als Transducer für die miniaturisierte Analyse eines breiten Substanzspektrums einsetzbar ist.The invention has for its object a microflow module for to create calorimetric measurements that are fast Sample change and therefore inexpensive examinations quickly running processes time-resolved and with small time constants enables and optionally at the same time the possibility of implementation a scanning calorimetry and as a transducer for the miniaturized analysis of a wide range of substances can be used.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind durch die nachgeordneten Ansprüche erfaßt. Wesentlich im Rahmen der Erfindung ist, daß der Mikroflußmodul einen ersten Chip enthält, in den ein ausgestreckter Kanalbereich mit einem Y-förmig verzweigtem Eingangsbereich, an den sich zwei Eingangskanäle anschließen, eingebracht sind und der erste Chip mit einem zweiten Chip abdeckend verbunden ist, der kanalseitig mit wenigstens einem thermosensitiven Dünnschichtelement, bevorzugt in Form einer Thermosäule; versehen ist.The object is achieved by the features of the first claim. Further advantageous training are by the subordinate Claims recorded. It is essential in the context of the invention that the Microflow module contains a first chip in which an extended Channel area with a Y-shaped branched entrance area to which connect two input channels, are introduced and the first Chip is connected covering a second chip, the channel side with at least one thermosensitive thin-film element, preferred in the form of a thermopile; is provided.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines schematischen Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:The invention is based on a schematic Exemplary embodiments are explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine erste Baugruppe des Mikroflußmoduls, Fig. 1 shows a first module of the Mikroflußmoduls,

Fig. 2 eine zweite Baugruppe des Mikroflußmoduls und Fig. 2 shows a second assembly of the microflow module and

Fig. 3 einen seitlichen Schnitt des vollständigen Mikroflußmoduls gemäß Fig. 2. Fig. 3 shows a lateral section of the complete Mikroflußmoduls in FIG. 2.

Der Mikroflußmodul umfaßt einen ersten Chip 1, wie in Fig. 1 in Draufsicht angedeutet, der aus Glas oder Silizium besteht. In diesen Chip 1 ist naßchemisch ein ausgestreckter Kanalbereich 10 eigeätzt, die Ätztiefe beträgt dabei im Beispiel 100 µm bei einer Dicke des Chips 1 von 500 µm. An den ausgestreckten Kanalbereich 10 schließt sich ein Y-förmig verzweigter Eingangsbereich 11 mit zwei Eingangskanälen 12, 13 an, der im gleichen Ätzschritt hergestellt wird. Die Summe der Flächenquerschnitte der Eingangskanäle 12, 13 soll dabei bevorzugt dem Flächenquerschnitt des ausgestreckten Kanalbereiches 10 entsprechen. Jedoch sind auch andere Geometrien, insbesondere düsenähnlich wirkende Querschnittsverengungen der Eingangskanäle in Richtung des Y-förmigen Eingangsbereichs denkbar, wenn man gezielt turbulente Strömungsabschnitte schaffen will. Zur weiteren Erhöhung der Empfindlichkeit des vollständigen Mikroflußmoduls ist weiterhin vorgesehen, dem ausgestreckten Kanalbereich 10 im wesentlichen über seine Erstreckungslänge beidseitig je eine, im zusammengebauten Zustand mit einem Gas gefüllte Kammer 14 zuzuordnen.The microflow module comprises a first chip 1 , as indicated in plan view in FIG. 1, which is made of glass or silicon. An elongated channel region 10 is etched into this chip 1 by wet chemical means, the etching depth in this example being 100 μm with a thickness of chip 1 of 500 μm. The stretched channel area 10 is followed by a Y-shaped branched input area 11 with two input channels 12 , 13 , which is produced in the same etching step. The sum of the area cross sections of the input channels 12 , 13 should preferably correspond to the area cross section of the extended channel area 10 . However, other geometries are also conceivable, in particular cross-sectional constrictions of the inlet channels in the direction of the Y-shaped inlet area, if the aim is to create turbulent flow sections in a targeted manner. To further increase the sensitivity of the complete microflow module, it is further provided that the stretched channel region 10 is assigned a chamber 14 filled with a gas on both sides, essentially over its extension length.

Weiterhin umfaßt der Mikroflußmodul einen zweiten Chip 2, der mit seinen wesentlichen Baugruppen in Fig. 2 in Draufsicht dargestellt ist. Dieser Chip 2 kann ebenfalls wieder aus Glas oder Silizium gefertigt sein. Im Hinblick auf die Erzielung eines guten Signal-Rausch-Verhältnisses und einer größtmöglichen Empfindlichkeit ist am vorteilhaftesten die Wahl von Glas für den ersten Chip 1 und von Silizium für den zweiten Chip 2. Dabei wird im Falle der Verwendung von Silizium für den zweiten Chip 2 dieser mittels bekannter Strukturierungsschritte so ausgebildet, daß ihm eine membranbildende Ausnehmung 26 (vgl. Fig. 3) derart gegeben ist, daß die Membran mindestens den ausgestreckten Kanalbereich 10 überdeckt, bevorzugt jedoch größer ausgebildet ist, und ein als Wärmesenke wirkender Trägerrahmen 27 verbleibt. Auf diesen Chip 2 ist auf der, im zusammengebauten Zustand, dem Kanal 10 zugewandten Seite wenigstens ein thermosensitives Dünnschichtelement 21 und ein zu diesem durch eine erste Isolationsschicht 22 getrenntes elektrisches Heizelement 23 vorgesehen. Im Beispiel ist das thermosensitive Dünnschichtelement 21 durch drei Thermosäulen 211, 212, 213 gebildet, die jeweils aus 48 BiSb/Sb-Thermoschenkelpaarungen bestehen. Diese Thermosäulen sind in bezug auf den Kanal 10 so auf dem Chip 2 angeordnet, daß die heißen Kontaktstellen symmetrisch zur Kanallängsachse angeordnet den Kanal 10 im wesentlichen mittig erfassen, wohingegen die kalten Kontaktstellen in Wärmesenkenbereichen des Mikroflußmoduls, im Beispiel auf dem Trägerrahmen 27, angeordnet sind. Dabei liegen im Beispiel dreiundzwanzig Thermoelemente auf der einen und vierundzwanzig Thermoelemente auf der gegenüberliegenden Kanalseite, wobei ein Thermoelement den Kontakt zwischen den beiden Thermoelementbereichen bildet. Jeder dieser Thermosäulen 211, 212, 213 ist weiterhin, getrennt durch die elektrische Isolationsschicht 22, ein elektrisches Dünnschichtheizelement 23 so zugeordnet, daß dieses ausschließlich den Kanalbereich 10 überdeckt. Jedes Dünnschichtheizelement ist im Beispiel durch eine mäandrierte NiCr- Schicht gebildet. Außerdem ist zumindest über dem Gebiet des Y-förmigen Eingangsbereiches 11 ein weiteres Dünnschichtheizelement 25 vorgesehen. Für die weiter unten beschriebenen Einsatzfälle des Mikroflußmoduls wird das Dünnschichtheizelement 25 bevorzugt jedoch so ausgeführt, daß es auch die Bereiche der Eingangskanäle 12, 13 überdeckt. Alle letzt genannten elektrischen Baugruppen 211 bis 213, 23 und 25 sind mit einer abschließenden zweiten Isolationsschicht 29 überdeckt. Diese Schicht 29 ist als Lackschicht ausgeführt und dient als Schutz der metallischen Funktionsschichten gegen mechanische und chemische Einflüsse sowie zur Vermeidung eines elektrischen Überkoppelns zwischen den heißen Kontaktstellen über die Flüssigkeit.Furthermore, the microflow module comprises a second chip 2 , which is shown in plan view with its essential components in FIG. 2. This chip 2 can also be made of glass or silicon again. In view of achieving a good signal-to-noise ratio and the greatest possible sensitivity, the most advantageous choice is glass for the first chip 1 and silicon for the second chip 2 . If silicon is used for the second chip 2, this is formed by means of known structuring steps in such a way that it is given a membrane-forming recess 26 (see FIG. 3) in such a way that the membrane covers at least the extended channel region 10 , but preferably larger is formed, and a support frame 27 acting as a heat sink remains. At least one thermosensitive thin-film element 21 and an electrical heating element 23 separated from it by a first insulation layer 22 are provided on this chip 2 on the side facing the channel 10 in the assembled state. In the example, the thermosensitive thin-film element 21 is formed by three thermopiles 211 , 212 , 213 , each of which consists of 48 BiSb / Sb thermocouple pairs. These thermopiles are arranged in relation to the channel 10 on the chip 2 so that the hot contact points arranged symmetrically to the longitudinal axis of the channel essentially capture the channel 10 , whereas the cold contact points are arranged in heat sink areas of the microflow module, in the example on the support frame 27 . In the example, twenty-three thermocouples are on one side and twenty-four thermocouples on the opposite side of the channel, one thermocouple forming the contact between the two thermocouple areas. Each of these thermopiles 211 , 212 , 213 is furthermore assigned, separated by the electrical insulation layer 22 , an electrical thin-film heating element 23 such that it only covers the channel region 10 . In the example, each thin-film heating element is formed by a meandered NiCr layer. In addition, a further thin-film heating element 25 is provided at least over the area of the Y-shaped entrance area 11 . For the applications of the microflow module described below, however, the thin-film heating element 25 is preferably designed such that it also covers the areas of the input channels 12 , 13 . All of the last-mentioned electrical assemblies 211 to 213 , 23 and 25 are covered with a final second insulation layer 29 . This layer 29 is designed as a lacquer layer and serves to protect the metallic functional layers against mechanical and chemical influences and to avoid electrical coupling between the hot contact points via the liquid.

Beide genannten Chips 1 und 2 sind, wie in Fig. 3 in einem Schnitt angedeutet, miteinander durch eine Verklebung 28 verbunden. Ebenso kann für die Verbindung ein anodisches Bonden in Betracht kommen. Die Eingangskanäle 12, 13 werden mit entsprechenden, nicht dargestellten Zuleitungen verbunden.As indicated in a section in FIG. 3, the two chips 1 and 2 mentioned are connected to one another by an adhesive bond 28 . Anodic bonding can also be considered for the connection. The input channels 12 , 13 are connected to corresponding supply lines, not shown.

Ein derart ausgebildeter Mikroflußmodul kann wie nachstehenden beschrieben geeicht und verwendet werden.A microflow module designed in this way can be as follows described calibrated and used.

Die Kalibrierung des Mikroflußmoduls erfolgt derart, daß durch die beiden Kanäle 12, 13 destilliertes Wasser mit einer definierten Flußrate in den ausgestreckten Kanalbereich 10 geleitet wird. Für jede der im Beispiel vorgesehenen Thermosäulen 211, 212, 213 wird folgender Vorgang durchgeführt: der pro Heizelement zugeordnete Dünnschichtheizer wird mit einer definierten Heizleistung beaufschlagt und das Anwortsignal der zugehörigen Thermosäule erfaßt. Dieser Vorgang wird für unterschiedliche Heizleistungen, die typischerweise zwischen 1 µW-1 mW liegen, und unterschiedliche Flußraten, die im Beispiel zwischen 0,1-50 µl/min liegen, wiederholt. Auf diese Weise erhält man für jede Thermosäule Kalibrierkurven, respektive Kalibrier- Hyperflächen, die das thermoelektrische Signal in Abhängigkeit von der eingespeisten Heizleistung und der Flußrate darstellen. Diese Kalibrierkurven sind bei der Untersuchung chemischer Reaktionen für die Auswertung einzelner Thermosäulensignale heranziehbar, um aus der Signalhöhe die durch die Reaktion eingespeiste Leistung zu ermitteln. In gleicher Weise, wie oben beschrieben, erfolgt die Kalibrierung der Thermosäulen, wenn diese in Serie geschaltet sind, um ein integrales Signal auswerten zu können.The microflow module is calibrated in such a way that distilled water is passed through the two channels 12 , 13 at a defined flow rate into the extended channel area 10 . The following procedure is carried out for each of the thermopiles 211 , 212 , 213 provided in the example: the thin-film heater assigned to each heating element is subjected to a defined heating power and the response signal of the associated thermopile is recorded. This process is repeated for different heating powers, which are typically between 1 μW-1 mW, and different flow rates, which in the example are between 0.1-50 μl / min. In this way, calibration curves or calibration hyper surfaces are obtained for each thermopile, which represent the thermoelectric signal as a function of the heating power fed in and the flow rate. These calibration curves can be used in the analysis of chemical reactions for the evaluation of individual thermopile signals in order to determine the power fed in by the reaction from the signal level. In the same way as described above, the thermopiles are calibrated if they are connected in series in order to be able to evaluate an integral signal.

In einem Beispiel der Verwendung des Mikroflußmoduls wird durch die Eingangskanäle 12, 13 je ein Strom einer in Lösung befindlichen Reagenz in den Kanalbereich 10 geleitet. Die Thermosäulen 211, 212, 213 sollen in diesem Beispiel in Serie geschaltet sei. Im Y-förmigen Eingangsbereich findet die Vermischung der Reagenzien statt, und eine chemische Reaktion beginnt zu starten. Die dabei umgesetzte Wärme wird durch die Thermosäulen integral detektiert, wobei sich im Laufe der Zeit ein thermisches Gleichgewicht einstellt; das zunächst ansteigende thermoelektrische Signal verläuft in eine Sättigung. Je geringer dabei die eingestellte Flußrate gewählt wird, womit die Verweilzeit eines bestimmten Volumens der Mischung sich verlängert, desto länger ist die Erfassung der in diesem Volumen ablaufenden Reaktion und um so größer ist die erfaßbare Wärmemenge und damit das thermoelektrische Signal und desto geringer ist das Detektionslimit für gering konzentrierte Reagenzien.In one example of the use of the microflow module, a stream of a reagent in solution is passed through the input channels 12 , 13 into the channel region 10 . The thermopiles 211 , 212 , 213 are to be connected in series in this example. The reagents are mixed in the Y-shaped entrance area and a chemical reaction begins. The heat that is converted is integrally detected by the thermopiles, a thermal equilibrium being established over time; the initially rising thermoelectric signal saturates. The lower the selected flow rate, which increases the dwell time of a certain volume of the mixture, the longer the detection of the reaction taking place in this volume and the greater the amount of heat that can be detected and thus the thermoelectric signal and the lower the detection limit for low-concentration reagents.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel soll der Mikroflußmodul als Scanning-Kalorimeter Verwendung finden. Dazu wird eine auf charakteristische Temperaturen, Phasenübergänge, Kristallisationsvor gänge o. ä. zu untersuchende Flüssigkeit durch die Eingangskanäle 12, 13 der Vorrichtung zugeführt. Die Flüssigkeit wird durch eine linear ansteigende, wahlweise sinusförmig oder anderes modulierte elektrische Heizleistungsbeaufschlagung der Dünnschichtheizer 23 und 25 immer mehr erwärmt und das zugehörige thermoelektrische Signal erfaßt. Dieses Signal zeigt einen der Heizleistung folgenden proportionalen Anstieg der thermoelektrischen Signale mit leichten Abweichungen von der Linearität bei den einer bestimmten Heizleistung entsprechenden Temperaturen, bei denen durch physikochemische Vorgänge Wärme konsumiert oder freigesetzt wird. Die Lage dieser Abweichungen über der Zeit korrespondiert jeweils mit der zugehörigen Heizleistung und dieser zugehörigen Temperatur. Die konsumierte oder freigesetzte Wärme ergibt sich als Integral des thermoelektrischen Signals mit dem linear interpolierten ungestörten Signal als Basislinie.In a further exemplary embodiment, the microflow module is to be used as a scanning calorimeter. For this purpose, a liquid to be examined for characteristic temperatures, phase transitions, crystallization processes or the like is fed through the input channels 12 , 13 of the device. The liquid is heated more and more by a linearly increasing, optionally sinusoidal or other modulated electrical heating power application of the thin-film heaters 23 and 25 and the associated thermoelectric signal is detected. This signal shows a proportional increase in the thermoelectric signals following the heating power with slight deviations from the linearity at the temperatures corresponding to a specific heating power at which heat is consumed or released by physicochemical processes. The location of these deviations over time corresponds to the associated heating power and temperature. The heat consumed or released is the integral of the thermoelectric signal with the linearly interpolated undisturbed signal as the baseline.

In einer weiteren Verwendung des Mikroflußmoduls soll durch den ersten Eingangskanal ein Reaktand in Lösung einströmen, während durch den zweiten Eingangskanal eine zunächst reaktandenfreie Flüssigkeit, wie destilliertes Wasser, zugeführt wird. Dieser zweite Eingangskanal ist mit einem Zuführungsschlauch, der mit einem nicht näher dargestellten T-Verzweigungsstück, an das ein Reservoir mit einer Analytflüssigkeit angeschlossen ist, derart versehen, daß zeitlich getaktet definierte Analytvolumina dem Trägerstrom zugegeben werden können. Diese Analytproben kommen im Y-förmigen Eingangsbereich mit der durch den ersten Eingangskanal zugeführten Reaktandenlösung zur Vermischung. Bei hinreichend kleinen Analytvolumina und kleiner Flußrate läuft die gesamte chemische Reaktion im Kanalbereich 10 ab und ist somit in ihrer Gesamtheit detektierbar. Im Gegensatz zu oben beschriebenen Verwendungen des Mikroflußmoduls liegen bei dieser Betriebsweise definierte Analytvolumina vor, so daß hier neben einer Aussage über die detektierte Konzentration auch eine über die detektierte Stoffmenge erhalten werden kann.In a further use of the microflow module, a reactant in solution should flow in through the first input channel, while a liquid, such as distilled water, which is initially free of reactants, is fed in through the second input channel. This second inlet channel is provided with a feed hose, which is provided with a T-branching piece, not shown, to which a reservoir with an analyte liquid is connected, in such a way that analyte volumes defined in a timed manner can be added to the carrier stream. These analyte samples are mixed in the Y-shaped input area with the reactant solution supplied through the first input channel. With sufficiently small analyte volumes and a low flow rate, the entire chemical reaction takes place in the channel region 10 and is therefore detectable in its entirety. In contrast to the uses of the microflow module described above, there are defined analyte volumes in this mode of operation, so that here, in addition to a statement about the detected concentration, one can also obtain information about the amount of substance detected.

Die im Beispiel eingesetzten Thermosäulen haben gegenüber thermoresistiven Meßelementen, deren alternativer Einsatz im Rahmen der Erfindung aber ebenso möglich ist, den Vorteil, daß sie nicht mit einem elektrischen Signal angesprochen werden müssen. Jeder der im Beispiel eingesetzten Thermosäulen hat eine Ausdehnung in Richtung der Kanallängsachse von 3,2 mm, wobei sie jeweils bei der hier vorgesehenen Kanalgeometrie ein Kanalvolumen von 0,64 µl überdecken. Die Beabstandung der Thermosäulen voneinander ist so gewählt, daß Analyvolumina bis hinauf zu genannter Größe zu keinem Zeitpunkt wesentliche Teile zweier benachbarter Thermosäulen erfassen. Unter dieser Voraussetzung ist eine Einzelauslesung der thermoelektrischen Signale jeder einzelnen Thermosäule gegeben, wodurch weiterhin eine flußratenabhängige zeit- und ortsaufgelöste Analyse der Reaktionskinetik ermöglicht wird.The thermopiles used in the example have opposite thermoresistive measuring elements, their alternative use in the frame the invention is also possible, the advantage that it is not with an electrical signal must be addressed. Everyone in the Example used thermopile has an expansion in the direction of Channel longitudinal axis of 3.2 mm, being in each case here provided channel geometry a channel volume of 0.64 µl cover up. The distance between the thermopiles is like this chosen that analyte volumes up to the named size to none Capture essential parts of two neighboring thermopiles at the time. Under this condition, a single reading of the given thermoelectric signals of each individual thermopile, whereby a flow rate dependent time and location resolved Analysis of the reaction kinetics is made possible.

Mit Hilfe des vorgesehenen Dünnschichtheizelementes 25 können äußerst schnelle chemische Reaktionen bei geringen Flußraten simuliert werden, bei denen das Probenvolumen die erste Thermosäule zu einem Zeitpunkt erreicht, zu dem die simulierte Reaktion praktisch schon vollständig abgelaufen wäre. Das Dünnschichtheizelement 25 kann vorteilhaft auch bei Durchführung der oben beschriebenen Scanning- Kalorimetrie Verwendung finden, um eine größere Gesamtleistung einkoppeln zu können. Darüber hinaus bietet sein Einsatz die Möglichkeit chemische Reaktionen thermisch zu aktivieren und sie dann, wie oben beschrieben, im weiteren thermoelektrisch zu erfassen. With the help of the thin-film heating element 25 provided , extremely rapid chemical reactions at low flow rates can be simulated, at which the sample volume reaches the first thermopile at a point in time at which the simulated reaction would have practically been completed. The thin-film heating element 25 can advantageously also be used when performing the scanning calorimetry described above, in order to be able to couple in a greater overall power. In addition, its use offers the possibility of thermally activating chemical reactions and then subsequently thermoelectrically recording them, as described above.

Die beispielhaft aufgezeigten vielfältigen Einsatzgebiete des erfindungsgemäßen Mikroflußmoduls verdeutlichen die Multivalenz der geschaffen Vorrichtung.The diverse areas of application of the Microflow module according to the invention illustrate the multivalence of created device.

Reference list

11

- erstes Chip
- first chip

1010th

- ausgestreckter Kanalbereich
- stretched canal area

1111

- Y-förmig verzweigter Eingangsbereich
- Y-shaped branched entrance area

12, 1312, 13

- Eingangskanäle
- input channels

1414

- gasgefüllte Kammern
- gas-filled chambers

22nd

- zweites Chip
- second chip

2121

- thermosensitives Dünnschichtelement
- thermosensitive thin-film element

211, 212,211, 212,

213213

- Thermosäulen
- thermopiles

2222

- erste elektrische Isolationsschicht
- first electrical insulation layer

2323

- den Thermosäulen zugeordnetes elektrisches Dünschichtheizelement
- The electrical thin film heating element assigned to the thermopiles

2525th

- elektrisches Dünnschichtheizelement
- electrical thin film heating element

2626

- membranartige Ausnehmung
- Membrane-like recess

2727

- Trägerrahmen
- support frame

2828

- Verklebung, Bondung
- gluing, bonding

2929

- zweite Isolationsschicht
- second insulation layer

Claims

1. Microflow module for calorimetric measurements, consisting of a first chip ( 1 ) into which an extended channel area ( 10 ) with a Y-shaped branched input area ( 11 ), to which two input channels ( 12 , 13 ) are connected, is introduced, wherein the first chip ( 1 ) is connected to cover a second chip ( 2 ) which is provided on the channel side with at least one thermosensitive thin-film element ( 21 ).

2. Microflow module according to claim 1, characterized in that the thermosensitive thin-film element ( 21 ) is associated with this by a first insulation layer ( 22 ) separate electrical thin-film heating element ( 23 ).

3. Microflow module according to claim 1, characterized in that the stretched channel region ( 10 ) in the first chip ( 1 ) is assigned on both sides to a gas-filled chamber ( 14 ).

4. Microflow module according to claim 1, characterized in that the thermosensitive thin-film element ( 21 ) is formed by at least one thermopile ( 211 ) consisting of several thermoelectric leg pairs, the hot contact points over the extended channel region ( 10 ) and the cold contact points in heat sink areas of the microflow module are arranged.

5. Microflow module according to claim 4, characterized in that a plurality of thermopiles ( 211 , 212 , 213 ) are provided one after the other over the extended channel area ( 10 ), with a possibility for separate reading of the signals of each individual thermopile ( 211 , 212 , 213 ) and that of a sum signal of all thermopiles ( 211 to 213 ) is provided.

6. Microflow module according to claim 1, characterized in that the second chip ( 2 ) in the region of the Y-shaped branched input region ( 11 ) is provided with a further thin-film heating element ( 25 ).

7. Microflow module according spoke 1, characterized in that the first and second chip ( 1 ; 2 ) are made of a glass.

8. Microflow module according to claim 1, characterized in that the first and the second chip ( 1 ; 2 ) are made of silicon.

9. Microflow module according to claim 1, characterized in that the first chip ( 1 ) is made of a glass and the second chip ( 2 ) is made of silicon.

10. Microflow module according to claim 9, characterized in that a membrane-forming recess ( 26 ) is introduced into the second chip ( 2 ) to the side of the extended channel region ( 10 ) and is otherwise provided with a remaining support frame ( 27 ).

11. Microflow module according to claim 7, 8 or 9, characterized in that the first chip ( 1 ) and the second chip ( 2 ) carrying the electrical assemblies ( 22 ; 23 ; 25 ) are connected to one another by an adhesive bond ( 28 ).

12. Microflow module according to Claim 7, 8 or 9, characterized in that the first chip ( 1 ) and the second chip ( 2 ) carrying the electrical assemblies ( 22 ; 23 ; 25 ) are connected to one another by anodic bonding.