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DE102009021614A1 - A method of treating a population of target and residual particles suspended in liquid droplets and apparatus for carrying out this method - Google Patents

A method of treating a population of target and residual particles suspended in liquid droplets and apparatus for carrying out this method Download PDF

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DE102009021614A1
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DE
Germany
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droplet
droplets
liquid droplets
target
liquid
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102009021614A
Other languages
German (de)
Inventor
Thomas van den Dipl.-Ing. Boom
Bedrich Hosticka
Werner Brockherde
Benjamin Dr.-Ing. Bechen
Daniel Prof. Erni
Uwe Dipl.-Biol. Kirstein
Klaus Lennartz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Universitaet Duisburg Essen
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Universitaet Duisburg Essen
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Publication date
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Priority to PCT/EP2010/002977 priority patent/WO2010130459A2/en
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Abstract

Verfahren zum Behandeln einer Population von in Flüssigkeitströpfchen suspendierten, sich voneinander unterscheidenden, insbesondere biologischen Objekten aus Ziel- und Restpartikeln unter Verwendung mindestens eines Substrates mit einer digitalen mikrofluidischen Schaltung, die eine digitale mikrofluidische Tröpfchen-Bewegung ermöglicht, wobei Flüssigkeitströpfchen geeigneter Zusammensetzung aus Ziel- und Restpartikeln generiert werden, sowie jedes Flüssigkeitströpfchen in einer ersten Analyseposition auf das Vorhandensein mindestens eines Ziel- oder Restpartikels untersucht wird, wobei Flüssigkeitströpfchen ohne Zielpartikel nachfolgend über eine Restpartikelsenke von dem Substrat entfernt werden und Flüssigkeitströpfchen mit mindestens einem Zielpartikel oder einer vorgegebenen Mindestzahl an Zielpartikeln mittels des Substrates einer zweiten Behandlungsstufe zugeführt werden.A method of treating a population of target droplets and residual particles suspended in liquid droplets, differing in particular, from one another using at least one substrate having a digital microfluidic circuit enabling digital microfluidic droplet movement, liquid droplets of suitable target and pellet composition Residual particles are generated, and each liquid droplet is examined in a first analysis position for the presence of at least one target or residual particle, wherein liquid droplets without target particles are subsequently removed via a residual particle sink from the substrate and liquid droplets with at least one target particle or a predetermined minimum number of target particles by means of Substrates are fed to a second treatment stage.

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Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 und eine entsprechende Vorrichtung gemäß Anspruch 12. Demnach ist vorgesehen, eine Population von in Flüssigkeitströpfchen suspendierten, sich von einander unterscheidenden, insbesondere biologischen Objekten aus Ziel- und Restpartikeln unter Verwendung mindestens eines Substrates mit einer digitalen mikrofluidischen Schaltung, die eine digitale mikrofluidische Tröpfchenbewegungen ermöglicht, zu behandeln.The The invention relates to a method having the features of the preamble of claim 1 and a corresponding device according to claim 12. Accordingly, it is envisaged a population of in liquid droplets suspended, differing from each other, in particular biological objects from target and residual particles using at least one substrate with a digital microfluidic Circuit showing a digital microfluidic droplet motion allows to treat.

TECHNOLOGISCHER HINTERGRUNDTECHNOLOGICAL BACKGROUND

Eine wesentliche Zielsetzung zum Behandeln von in Flüssigkeiten suspendierten Populationen sich voneinander unterscheidender, insbesondere biologischer Objek te aus Ziel- und Restpartikeln ist das Sortieren einer solchen Population in solche Objekte die erwünscht sind oder gesucht werden, um diese weiter zu verwenden (Zielpartikel) und solche, deren Weiterverwendung nicht im Fokus stehen (Restpartikel). Zu diesem Zweck werden seit fast 40 Jahren so genannte Fluss-Zytometer verwendet, die eine tröpfchenbasierte Sortierung mittels eines fadenförmigen vertikal gerichteten, kontrollierten Flüssigkeitsstromes nach dem so genannten Jet-in-air-Prinzip vornehmen. Der nach unten gerichtete Flüssigkeitsfaden wird mittels geeigneter Schwingungserreger in eine Perlenschnur kleinster Flüssigkeitströpfchen zerlegt nachdem der Flüssigkeitsfaden mit optischen Methoden daraufhin analysiert wurde, an welchen Stellen er ein interessierendes biologisches Objekt, wie eine Zelle enthält. Nachfolgend werden die Flüssigkeitströpfchen durch ein elektrisches Feld in die ein oder andere Richtung abgelenkt dies nach der Maßgabe, ob ein Flüssigkeitströpfchen eine gesuchte Zelle enthält oder nicht enthält. Auf diese Weise können gesuchte Zellen von nicht gesuchten Zellen getrennt gesammelt werden. Dieses Verfahren setzt voraus, dass nur eine äußerst geringe Zahl von Zellen, vorzugsweise nur eine Zelle in einem Tröpfchen vorliegt. Demzufolge müssen alle in der Flüssigkeit vorhandenen Zellen die Analyseposition einzeln durchlaufen. Dieses auch als FACS (Fluorecence-Activated Cell Sorting) bezeichnete Verfahren gestattet es z. B. menschliche Stammzellen aus Blutplasma zu gewinnen. Auf diese Weise konnten durch so genanntes Hochgeschwindigkeitssortieren in kommerziellen FACS-Geräten über 40.000 Zellen je Sekunde sortiert werden. Dabei fallen z. B. etwa 6.000 Stammzellen je Stunde an. Höheren Gewinnungsraten und Sortiergeschwindigkeiten sind bei dieser Methode physikalische Grenzen gesetzt, die – im Falle der Sortierung von Zellen – bei etwa 100.000 Zellen pro Sekunde vermutet werden. Außerdem lässt sich systembedingt massive Aerosol-Bildung nicht vermeiden.A essential objective for treating in liquids suspended populations differ from each other, in particular Biological objects from target and residual particles is sorting such a population in such objects as desired are or are searched for to use them (target particles) and those whose further use is not the focus (residual particles). For this purpose, so-called flow cytometers have been used for almost 40 years used a droplet-based sorting by means of a thread-shaped vertically directed, controlled Liquid flow according to the so-called jet-in-air principle make. The downwardly directed liquid thread becomes a string of pearls by means of suitable vibration exciters smallest liquid droplets decomposed after the liquid thread with optical methods then was analyzed in which places he is a biological of interest Object as containing a cell. Below are the Liquid droplets through an electric field deflected in one way or another this as per the requirement, whether a liquid droplet is a sought-after cell contains or does not contain. That way you can sought cells are collected separately from unwanted cells. This Procedure assumes that only a very small Number of cells, preferably only one cell in a droplet is present. Consequently, all in the liquid existing cells go through the analysis position individually. This also known as FACS (Fluorecence-Activated Cell Sorting) method allows it for. B. human stem cells from blood plasma to win. In this way, so-called high-speed sorting could be done in commercial FACS devices over 40,000 cells sorted per second. This fall z. B. about 6,000 stem cells per hour. Higher recovery rates and sorting speeds In this method physical limits are set which - in the Case of cell sorting - about 100,000 cells be suspected per second. In addition, can be Due to the system, massive aerosol formation can not be avoided.

Zur Erzielung deutlich höherer Zellsortiergeschwindigkeiten wurde daher vorgeschlagen ( James F. Leary, ULTRA HIGH-SPEED SORTING, International Society for Analytical Cytology, Cytometry Part A 67A, Seite 67–85 ) Ultrahochgeschwindigkeitszellsortierung durch Kaskadierung zu erreichen, d. h., dass von einem Reservoir ausgehend die Zellverbände entlang von sich immer wieder teilenden Pfaden bis hin zu einer Vielzahl von Analysepunkten transportiert werden und jeder Analyseposition nachgeschaltet ein Sortierschritt erfolgt. Durch die Kaskadierung, wie sie u. a. in der WO 03/060486 A1 beschrieben wird, wird unter anderem eine hochgradige Parallelisierung von Sortierschritten möglich, wodurch Sortiergeschwindigkeiten von 1.000.000 Zellen pro Sekunde erreichbar sein soll.To achieve significantly higher cell sorting rates, it has therefore been proposed ( James F. Leary, ULTRA HIGH-SPEED SORTING, International Society for Analytical Cytology, Cytometry Part A 67A, pp. 67-85 ) To achieve ultrahigh-speed cell sorting by cascading, that is, starting from a reservoir, the cell aggregates are transported along repeatedly dividing paths to a plurality of analysis points and each analysis position is followed by a sorting step. By the cascading, as in the WO 03/060486 A1 Among other things, a high-level parallelization of sorting steps is possible, which should allow for sorting speeds of 1,000,000 cells per second.

Eine alternative Zellsortierungsmethode zur Durchflusszytometrie beschreibt die Veröffentlichung von Irena Barbulovic-Nad et al, DIGITAL MICROFLUIDICS FOR CELL-BASED ASSAYS, veröffentlicht durch The Royal Society of Chemistry in Lab Chip, 2008, 8, Seiten 519–526 . Danach werden eine Vielzahl von Zellen enthaltende Flüssigkeitströpfchen über die Oberfläche oder in einer Deckschicht eines Mikrochips, die in 7 × 7 mm große Elektroden unterteilt ist, nach der Elektrowetting Methode oder nach der Dielektroforese Methode oder einer anderen Methode zum Generieren und Manipulieren von Mikrotröpfchen in einem digitalen mikrofluidischen Substrat von einem Reservoir ausgehend zu bestimmten Positionen hin transportiert und mit Reagenzien, wie auch Farbstoffen, die auf gleiche Weise von Elektrode zu Elektrode transportiert, analysiert und/oder zusammengeführt werden. Die Methode der digitalen mikrofluidischen Tröpfchenbewegung wird in der Veröffentlichung ULTRA HIGH-SPEED SORTING als zukünftige Möglichkeit der Zellsortierung vorgeschlagen.An alternative cell sorting method for flow cytometry describes the publication of Irena Barbulovic-Nad et al, DIGITAL MICROFLUIDICS FOR CELL-BASED ASSAYS, published by The Royal Society of Chemistry in Lab Chip, 2008, 8, pp. 519-526 , Thereafter, liquid droplets containing a plurality of cells are applied over the surface or in a cover layer of a microchip subdivided into 7x7 mm electrodes, by the electrowetting method or by the dielectroforting method or another method for generating and manipulating microdroplets in one From a reservoir, the digital microfluidic substrate is transported to specific positions and analyzed and / or combined with reagents, as well as dyes, which are transported in the same way from electrode to electrode. The method of digital microfluidic droplet motion is proposed in the publication ULTRA HIGH-SPEED SORTING as a future possibility of cell sorting.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mittels eines gattungsgemäßen Verfahrens Populationen von in Flüssigkeitströpfchen suspendierten, sich von einander unterscheidenden, insbesondere biologischen Objekten aus Ziel- und Restpartikeln durch vergleichsweise wenige Prozessschritte zu behandeln. Dabei wird unter „Behandeln” im einfachsten Fall eine Sortierung in Ziel- und Restpartikel verstanden. Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 vorgeschlagen.From that Based on the invention, the object is based, by means of a generic method populations of in Liquid droplets suspended from differing, in particular biological objects from target and residual particles due to comparatively few process steps to treat. This is under "Treat" in the simplest Case a sorting in target and residual particles understood. To the solution This object is achieved by a method having the features of the claim 1 and a device with the features of claim 12 proposed.

Demnach ist hinsichtlich eines gattungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, zunächst Flüssigkeitströpfchen geeigneter Zusammensetzung aus Ziel- und Restpartikeln zu generieren. Jedes generierte Flüssigkeitströpfchen wird in einer ersten Analyseposition auf das Vorhandensein mindestens eines Ziel- oder Restpartikels untersucht. Flüssigkeitströpfchen ohne Zielpartikel werden nachfolgend über eine Restpartikelsenke von dem Substrat entfernt. Flüssigkeitströpfchen mit mindestens einem Zielpartikel werden mittels des Substrats einer zweiten Behandlungsstufe zugeführt.Accordingly, it is provided with respect to a generic method, first liquid generate droplets of suitable composition of target and residual particles. Each generated liquid droplet is examined in a first analysis position for the presence of at least one target or residual particle. Liquid droplets without target particles are subsequently removed from the substrate via a residual particle sink. Liquid droplets with at least one target particle are fed by means of the substrate to a second treatment stage.

Zwar können Tröpfchenbewegungen in gewissem Umfang durch Schwerkrafteinfluss erreicht werden, doch ist vorzugsweise eine digitale mikrofluidische Tröpfchenbewegung (DMF) in der Weise vorgesehen, dass Potentiale zwischen Elektroden in einer Reihe entlang der sich die Tröpfchen auf einer Oberfläche des Substrates oder in einer Schicht des Substrates bewegen können sollen, vorgesehen, wobei der Antrieb der Tröpfchen unter anderem nach der Methode des Elektrowetting und/oder der Dielektroforese erfolgen kann. Beim Elektrowetting werden Laplace Kräfte durch nicht symmetrische Kontaktwinkel generiert. Bei der Dielektroforese werden anziehende oder abstoßende Kräfte durch Polarisationseffekte in unregelmäßigen elektrischen Feldern hervorgerufen. Mittels DMF-Schaltkreisen ist es möglich, Flüssigkeitströpfchen zu bilden, zu transportieren, zu unterteilen und zu verbinden. Diese Hauptoperationen werden in der Veröffentlichung von Sung Kwon Cho et al „CREATING, TRANSPORTING, CUTTING, AND MERGING LIQUID DROPLETS BY ELECTROWETTING BASED ACTUATION FOR DIGITAL MICROFLUIDIC CIRCUITS” im Journal of Microelectrochemical Systems, Vol. 12, No. 1, Februar 2003, Seiten 70–80 für das Elektrowettingverfahren beschrieben, deren Offenbarung durch Bezugnahme hier einbezogen wird.While droplet motions may be achieved to some extent by gravity, it is preferred that digital microfluidic droplet motion (DMF) be provided such that potentials between electrodes move in a row along the droplets on a surface of the substrate or in a layer of the substrate can be provided provided, wherein the drive of the droplets can be done inter alia by the method of Elektrowetting and / or the Dielektroforese. In electrowetting, Laplace forces are generated by non-symmetric contact angles. In dielectroforming, attractive or repulsive forces are caused by polarization effects in irregular electric fields. By means of DMF circuits, it is possible to form, transport, divide and connect liquid droplets. These major operations are discussed in the publication of Sung Kwon Cho et al "CREATING, TRANSPORTING, CUTTING, AND MERGING LIQUID DROPLETS BY ELECTROWETTING BASED ACTUATION FOR DIGITAL MICROFLUIDIC CIRCUITS" in the Journal of Microelectrochemical Systems, Vol. 1, February 2003, pages 70-80 for the electrowetting method, the disclosure of which is incorporated herein by reference.

Durch die Erfindung wird es möglich, auf eine große Vielzahl von Analyseschritten zu verzichten, weil Flüssigkeitströpfchen, die eine Population von biologischen Objekten enthalten, von denen aber keines als Ziel- respektive Restpartikel betrachtet wird, sofort über die Restpartikelsenke samt der Flüssigkeit des betroffenen Flüssigkeitströpfchen aus dem Prozess ausgesondert werden. Anders als bei der Durchflusszytometrie, bei der jedes in der Flüssigkeit vorhandene biologische Ob jekt analysiert wird, also entsprechend viele Analyseschritte erforderlich sind, wird durch die Erfindung eine ganz erhebliche Verminderung der Analyseschritte erreicht. Dieser Vorteil wird ebenso gegenüber der oben beschriebenen Kaskadierungsmethode erzielt. Nur die mit Zielpartikeln befrachteten Flüssigkeitströpfchen werden einer weiteren Behandlungsstufe zugeführt. Dabei können Populationsgrößen von 2 bis 10.000 biologischen Objekte und ggf. auch noch mehr sowie auch nicht biologische Objekte in dem einzelnen Flüssigkeitströpfchen vorliegen.By The invention makes it possible on a large To dispense with a large number of analysis steps because liquid droplets, which contain a population of biological objects, of which but none is considered as target respectively remaining particles, immediately over the residual particle sink together with the fluid of the affected Liquid droplets separated from the process become. Unlike flow cytometry, where each in the biological object is analyzed is, so many analysis steps are required is by the invention a very significant reduction of the analysis steps reached. This advantage is also opposite to the above achieved cascading method described. Only those with target particles loaded liquid droplets become another Treatment stage supplied. This can be population sizes from 2 to 10,000 biological objects and possibly even more as well also non-biological objects in the single liquid droplet available.

Unter „biologischen Objekten”, für die das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommt, zählen ganze Zellverbände, einzelne hochentwickelte Zellen, Zellbestandteile, Chromosomen und auch mikrobiologische Objekte, wie z. B. Viren. Die Erfindung ist aber nicht auf die Behandlung von mikrobiologischen Objekten beschränkt, sondern auch für nicht biologische Populationen von Ziel- und Restpartikeln anwendbar. Unter „Behandeln” von Populationen biologischer Objekte wird neben dem Trennen auch das Durchführen chemischer Reaktionen, das Färben, das Waschen, das Ausbleichen, das Hybridisieren und andere Behandlungsprozeduren an biologischen Objekten verstanden. Unter „Population” wird eine Mehrzahl von einander sich unterscheidenden Objekten verstanden.Under "biological Objects ", for the inventive Whole cell associations, single highly developed cells, cell components, chromosomes and also microbiological objects, such. B. viruses. The invention is but not limited to the treatment of microbiological objects, but also for non-biological populations of target and residual particles applicable. Under "Treat" by Populations of biological objects is next to the separating also the Performing chemical reactions, dyeing, washing, bleaching, hybridizing and other treatment procedures understood on biological objects. Under "Population" becomes a Understood a plurality of mutually different objects.

Es ist nun auf verschiedene Weise möglich, die Erfindung auszuführen. Gemäß einer ersten Ausführungsform werden die in einer Flüssigkeit suspendierten biologischen Objekte, wie z. B. gemischte Zellverbände, in einem Vorratsbehältnis oder in einem Zwischenbehältnis so in Bewegung gehalten oder aufbewahrt, dass sie nicht sedimentieren. Das Behältnis weist an mindestens einer Seite eine Öffnung, vorzugsweise eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten Öffnungen oder Ports auf, deren Größe und Form so gewählt ist, dass an diesen Stellen aus dem Vorrat einzelne Flüssigkeitströpfchen geeigneter Größe aus dem Gesamtvolumen abgezogen oder herausgelöst werden können, wie es insbesondere in der Druckschrift „CREATING, TRANSPORTING, CUTTING, AND MERGING LIQUID DROPLETS BY ELECTROWETTING BASED ACTUATION FOR DIGITAL MICROFLUIDIC CIRCUITS (a. a. O.)” beschrieben ist. Dementsprechend ist es bevorzugt, wenn sich ein DMF-Chip mit seinen Kanälen oder Bahnen für den Tröpfchentransport direkt an die jeweiligen Ports des Vorratsbehältnisses anschließt. Auf diese Weise kann eine Vielzahl paralleler Tröpfchenpfade für den Tröpfchentransport bis hin zu einer Analyseposition genutzt werden. Auch können mehrere Mikrochips auf die gleiche Weise an derselben Seite oder an weiteren Stellen eines Voratsbehältnisses „angedockt” werden, z. B. um die Parallelisierung noch zu vergrößern.It is now possible in various ways to carry out the invention. According to a first embodiment, suspended in a liquid biological objects such. B. mixed cell aggregates, kept in a storage container or in an intermediate container in motion or stored so that they do not sediment. The container has on at least one side of an opening, preferably a plurality of spaced-apart openings or ports whose size and shape is selected so that at these points from the stock individual liquid droplets of suitable size can be deducted or dissolved out of the total volume, such as it especially in the "CREATING, TRANSPORTING, CUTTING, AND MERGING LIQUID DROPLETS BY ELECTROWETTING BASED ACTUATION FOR DIGITAL MICROFLUIDIC CIRCUITS (cited above)" is described. Accordingly, it is preferred if a DMF chip with its channels or tracks for droplet transport directly connects to the respective ports of the storage container. In this way, a multitude of parallel droplet paths can be used for droplet transport up to an analysis position. Also, multiple microchips may be "docked" in the same manner on the same side or at other locations of a prebond, e.g. B. to increase the parallelization yet.

In der Analyseposition wird festgestellt, ob das jeweilige Flüssigkeitströpfchen mindestens ein Zielpartikel oder eine minimale Zielpartikelkonzentration enthält. Bejahendenfalls wird dieses Flüssigkeitströpfchen entlang einer der Tröpfchen-Bewegungsbahnen auf dem Substrat in eine Weitergabeposition an einem Pfadende (Übergabepunkt) navigiert, an dem das Tröpfchen an eine weitere Behandlungsstufe abgegeben wird. Hierbei kann es sich um einen Zwischenbehälter handeln. Tröpfchen, die keine oder zu wenige Zielpartikel enthalten, werden in einen anderen Bewegungspfad gelenkt, als die Tröpfchen mit Zielpartikeln. An dem Ende des Pfades für nicht interessierende Tröpfchen wird das Tröpfchen an eine Tröpfchensenke übergeben. Hierbei kann es sich um einen Tröpfchenauffangbehälter handeln.In the analysis position it is determined whether the respective liquid droplet contains at least one target particle or a minimum target particle concentration. If so, this liquid droplet is navigated along one of the droplet trajectories on the substrate to a transfer position at a path end (transfer point) where the droplet is delivered to another treatment stage. This may be an intermediate container. Droplets that contain no or too few target particles are directed into a different path than the droplets of target particles. At the end of the path for non-interest droplets, the droplet is transferred to a droplet sink. This may be a droplet collector.

Wegen der Parallelisierung der Sortiervorgänge auf jedem Mikrochip kommt es bei zweidimensionaler Anordnung der die Tröpfchenbewegung hervorrufenden Elektroden zu Kreuzungen von Wegstrecken. Um hier Kollisionen von Ziel- und Restpartikeln zu vermeiden oder zumindest weitgehend auszuschließen, werden geeignete Sortieralgorithmen verwendet, die die Elektroden steuern. Wenn, wie bevorzugt, die Anzahl von biologischen Objekten in einem Flüssigkeitströpfchen derart gewählt wird, dass die Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins eines Zielpartikels in dem Tröpfchen sehr gering ist, können somit sehr viele Tröpfchen als Ganzes verworfen werden. Dies führt zum Einen zu einer Verringerung des Sortieraufwandes. Zum Anderen werden dadurch die Häufigkeiten potentieller Tröpfchenkollisionen an sich kreuzenden Bewegungspfaden gering gehalten und der Steuerungsaufwand für die Tröpfchenbewegung somit verringert.Because of the parallelization of sorting operations on each microchip it comes in two-dimensional arrangement of the droplet movement causing electrodes to intersections of routes. Around Here Avoid collisions of target and residual particles or at least are largely excluded, suitable sorting algorithms used, which control the electrodes. If, as preferred, the Number of biological objects in a liquid droplet is chosen such that the probability of existence of a target particle in which droplets are very small thus many droplets are discarded as a whole. This leads to a reduction in sorting costs. On the other hand, the frequencies become more potential Droplet collisions on intersecting motion paths kept low and the control effort for the droplet movement thus reduced.

In den Analysepositionen können beliebige Analysen durchgeführt werden, wie z. B. mittels Fotodetektoren, die markierte Objekte optisch, z. B. mittels Lichtstreuung und/oder Fluoreszenz (Fluoreszenz-Korrelationsspetroskopie, FCS) erkennen. Es können auch Widerstandsmessungen zur Partikelgrößenbestimmung, z. B. nach dem Coulter-Prinzip (der Coulter-Counter detektiert Änderungen in der elektrischen Leitfähigkeit einer durch eine Blende beobachteten, mikrobiologische Partikel enthaltenden Flüssigkeit) vorgenommen werden. Die Sortierung kann auch durch magnetische Aktivierung erfolgen.In Analysis analyzes can be performed in any way be such. B. by means of photodetectors, the marked objects optically, z. B. by light scattering and / or fluorescence (fluorescence correlation spectroscopy, Recognize FCS). It can also resistance measurements to Particle size determination, z. B. according to the Coulter principle (the Coulter counter detects changes in the electrical Conductivity of a microbiological observed through an aperture Particle-containing liquid) are made. The sorting can also be done by magnetic activation.

Die Architektur der DMF-Chips zur Behandlung der biologischen Objekte wird vorzugsweise modular ausgestaltet. Dies ermöglicht nicht nur einen hohen Grad an Parallelisierung der generierten Tröpfchen, sondern gestattet auch die Übergabe von Tröpfchen zwischen den Pfadenden benachbarter Module, so dass weitere Behandlungsschritte sich unmittelbar anschließen können. Einzelnen Modulen können unterschiedliche Aufgaben zugeordnet werden, etwa weil auf den vorangehenden Modulen gewisse Behandlungsschritte nicht oder nicht mehr Platz finden. Ebenso ist es möglich, Module zu verwenden, die dreidimensionale Bewegungspfade ermöglichen, so dass Flüssigkeitströpfchen in unterschiedlichen, insbesondere parallelen Ebenen behandelt und auch von einer Ebene in eine andere Ebene transportiert werden können.The Architecture of DMF chips for the treatment of biological objects is preferably designed modular. this makes possible not only a high degree of parallelization of the generated droplets, but also allows the transfer of droplets between the path ends of adjacent modules, allowing further treatment steps can connect directly. each Modules can be assigned different tasks, because because of the preceding modules certain treatment steps not or no longer find space. It is also possible Use modules that allow three-dimensional motion paths, so that liquid droplets in different, especially parallel levels and also from a level can be transported to another level.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Behandlung einer Population von in Flüssigkeitströpfchen suspendierten biologischen Objekten aus Ziel- und Restpartikeln stufenweise derart vorgenommen, dass Flüssigkeitströpfchen mit nicht interessierenden Populationen nach der Detektion auf direktem Wege und ohne Kreuzung mit Bewegungspfaden für interessierende Flüssigkeitströpfchen der Restpartikelsenke zugeführt werden. Hierbei kann eine einzige Restpartikelsenke für mehrere Tröpfchenports und entsprechend für mehrere Bewegungspfade auf dem Mikrochip verwendet werden. Vorzugsweise auf demselben Mikrochip findet danach eine Teilung der interessierenden Flüssigkeitströpfchen statt. Die Teiltröpfchen werden nachfolgend einzeln analysiert und nachfolgend in einer weiteren Restpartikelsenke gesammelt oder abgeführt, wenn sie nicht interessieren und der weiteren Behandlung zugeführt, wenn sie interessieren, also z. B. mindestens ein Zielpartikel enthalten. Die Tröpfchenteilung wird vorzugsweise auf demselben Mikrochip durchgeführt, auf dem sich auch die erste Restpartikelsenke befindet. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, die interessierenden Flüssigkeitströpfchen zunächst an einen weiteren Mikrochip zu übergeben und danach erst weiter zu behandeln.at Another embodiment of the invention is the treatment a population of in liquid droplets suspended biological objects from target and residual particles gradually made such that liquid droplets with non-interest populations after detection on direct Paths and no intersection with paths of movement for those interested Liquid droplets of the residual particle sink supplied become. This can be a single residual particle sink for several dropletports and accordingly for several Motion paths are used on the microchip. Preferably on the same microchip will then find a division of the interested Liquid droplets take place. The partial droplets are analyzed individually below and subsequently in another Residual particle sink collected or discharged, if not Interested and fed to further treatment, though they are interested, so z. B. contain at least one target particle. The droplet separation is preferably carried out on the same microchip, on which the first residual particle sink is located. in principle but it is also possible, the liquid droplets of interest first to transfer to another microchip and then only continue to treat.

Die Teiltröpfchen können an sich auch auf dem Mikrochip, auf dem die Tröpfchenteilung stattgefunden hat, weiterbehandelt werden, d. h. insbesondere in einer zweiten Analyseposition auf das Vorliegen von Zielpartikeln hin analysiert werden. Vorzugsweise findet dieser zweite Analyseschritt auf veränderten Tröpfchen-Bewegungspfaden statt, nämlich solchen, bei denen die Elektroden und ggf. deren Abstände der geringeren Tröpfchengröße entsprechend kleiner sind. Das kann grundsätzlich auf demselben Mikrochip stattfinden, auf dem eine Tröpfchenteilung bereits stattgefunden hat. Bevorzugt wird für die Weiterbehandlung allerdings ein anderes Mikrochipmodul verwendet, dass die kleineren Elektroden aufweist. Durch diese Verkleinerung der Elektrodengröße ist eine (überlagerte) Kaskadierung erreichbar, insbesondere eine Verdopplung der Bewegungspfade von einem Modul zum nächsten. Auf diese Weise kann eine Vereinzelung von Zielpartikeln schrittweise erfolgen.The Partial droplets can also be on the microchip, on which the droplet separation took place, further treated be, d. H. especially in a second analysis position the presence of target particles. Preferably this second analysis step finds on altered droplet motion paths instead, namely those in which the electrodes and possibly their distances the smaller droplet size are correspondingly smaller. This can basically be done on the same microchip take place on which a droplet division already occurred Has. However, it is preferred for the further treatment another microchip module uses the smaller electrodes having. By this reduction of the electrode size a (superimposed) cascading is achievable, in particular a doubling of the movement paths from one module to the next. In this way, a separation of target particles can take place step by step.

Wenn die Tröpfchengröße aufgrund mehrfacher Tröpfchenteilung so gering wird, dass der Tröpfchentransport und/oder die in den Tröpfchen enthaltenden Zielpartikel unter der geringen Flüssigkeitsmenge leiden, können nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung partikelfreie Flüssigkeitströpfchen mit einem Partikelenthaltenden Flüssigkeitströpfchen vereint werden. Hierbei wird unter partikelfreiem Flüssigkeitströpfchen verstanden, dass in diesem Flüssigkeitströpfchen keine den Behandlungsvorgang oder das Behandlungsziel störenden Objekte vorliegen.If the droplet size due to multiple Droplet separation becomes so low that the droplet transport and / or the target particles contained in the droplets can suffer from the small amount of liquid According to a further embodiment of the invention, particle-free Liquid droplets with a particle containing Liquid droplets are combined. in this connection is under particle-free liquid droplets understood that in this liquid droplets no objects interfering with the treatment process or the treatment objective available.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die Flüssigkeitströpfchen, insbesondere auf dem Mikrochip, gekühlt, aufgeheizt, oder begast werden, um optimale Bedingungen für die die Partikel mit dem Ziel zu schaffen, deren Veränderung oder Absterben während des Sortierens möglichst weitgehend zu vermeiden.According to a further embodiment of the invention, the liquid droplets, in particular on the microchip, cooled, heated, or be fumigated in order to create optimal conditions for the particles with the aim of avoiding their change or death during sorting as much as possible.

Weiter ist es möglich, Ziel- oder Restpartikel enthaltende Flüssigkeitströpfchen entlang einer „Warteschleife” zu bewegen und/oder sie in eine vorangehende Stufe zurück zu führen. So können bei sehr kleinen Probenvolumina mit nur geringer Anzahl an Zielpartikeln Mehrfachuntersuchungen durchgeführt und insbesondere der Verlust solcher Partikel vermieden oder in engen Grenzen gehalten bzw. verhindert werden, dass die Zielobjekte während der Behandlung sich verändern oder absterben.Further it is possible, liquid droplets containing target or residual particles move along a "holding pattern" and / or to bring her back to a previous stage. Thus, at very small sample volumes with only a small Number of target particles multiple studies performed and in particular the loss of such particles avoided or in Narrow limits are kept or prevented, that the target objects change or die during treatment.

Weiterhin kann es von Vorteil sein, die Tröpfchengröße, die Zahl an biologischen Objekten je Tröpfchen und Analyseeinstellungen in einer Vorsortierungsstufe zu definieren. So ist es möglich, anhand der prozentualen Verteilung der in der Gesamtpopulation vorhandenen interessierenden Zellen optimale Werte für die Tröpfchengröße und die Zellzahl/Tröpfchen in für das System vorgegebenen Grenzen definieren. Z. B. wählt man hohe Zellzahl/Tröpfchen bei geringen prozentualen Anteilen an interessierenden Zellen und einer gleichzeitig großen Gesamtpopulation und geringe Zellzahl/Tröpfchen bei hoher Konzentration an interessierenden Zellen.Farther it may be beneficial to measure the droplet size, the number of biological objects per droplet and analysis settings to define in a presorting stage. So it is possible based on the percentage distribution of those present in the total population cells of interest have optimal droplet size values and the cell number / droplets given in for the system Define boundaries. For example, one chooses high cell count / droplets at low percentages of cells of interest and a simultaneously large total population and low Cell count / droplets at high concentration of interest Cells.

Ebenso kann anhand der prozentualen Verteilung bestimmt werden, ab welchem späteren Teilungsschritt Detail-Analysen erfolgen sollen, z. B. ab ca. 10 Zellen/Tröpfchen.As well can be determined by the percentage distribution, from which later division step detailed analyzes are to take place, z. B. from about 10 cells / droplets.

Ferner kann man, insbesondere in der Vorsortierstufe, Sortiermodi wie Reinheit, Tolerierung von Verunreinigungen der Sortierung (z. B. tote Zellen wenn Zellen zwecks Weiterkultivierung sortiert werden oder Zelldebris), Zuordnung der Zellpopulationen und der angestrebten Zellzahlen zu Sammelgefäßen (Mischungen/Serien von gleichen oder ungleichen Zellzahlen) definieren. Je nach Startbeladung der einzelnen Tröpfchen werden diese nun in mehr oder weniger vielen Stufen analysiert, geteilt und vorsortiert. Tröpfchen ohne interessierende Zellen können früh aussortiert und dem Abfall zugeführt werden. Tröpfchen mit mindestens einer interessierenden Zelle können in Richtung Sammelgefäß navigiert werden. Sollte die Analyse, ob z. B. in einem Tröpfchen mindestens eine interessierende Zelle vorhanden ist, zweifelhaft sein, kann das System anhand der Voranalyse entscheiden, ob das Tröpfchen verworfen oder einem weiteren Teilungs- und Analysevorgang zugeführt wird.Further you can, especially in the presorting, sorting modes such as purity, Tolerating contamination of sorting (eg dead cells if cells are sorted for further cultivation or cell debris), Assignment of cell populations and the targeted cell numbers too Collection vessels (mixtures / series of the same or unequal cell numbers). Depending on the starting load of the individual droplets are now in more or less analyzed, divided and presorted droplet without cells of interest can be sorted out early and the waste. With droplets At least one cell of interest may be in the direction Collection vessel to be navigated. Should the analysis, whether z. In a droplet at least one of interest Cell is present, be doubtful, the system can be based on the Preliminary analysis will decide if the droplet is discarded or a further division and analysis process is supplied.

Während des Sortiervorgangs, wenn z. B. wegen zu hoher Zellkonzentration zu oft zweifelhafte Analyse-Ergebnisse vorliegen, können bestimmte Sortierparameter vom System auch selbstlernend weiter optimiert werden. In diesem Fall sollte die Zellzahl bei der ersten Generierung der Tröpfchen niedriger gewählt werden. Sollte bei der Vorsortierung festgestellt werden, dass sich in einem Tröpfchen mehrere Zellen befinden und dass diese zu der gleichen Zielpopulation gehören, kann dieses Tröpfchen ohne weitere Analyse und Teilung dem Ziel-Sammelgefäß zugeführt werden.While the sorting process, if z. B. because of high cell concentration too often dubious analysis results can be present certain sorting parameters from the system also self-learning be optimized. In this case, the cell number should be at the first Generation of droplets can be chosen lower. Should be found in the pre-sorting that is in one Droplets are located in multiple cells and that these are at the belonging to the same target population, this droplet can without further analysis and division fed to the target collection vessel become.

Wenn die Tröpfchen nach einigen Teilungen zu klein werden für die vorgegebenen Elektrodengröße, können diese Tröpfchen mit Tröpfchen ohne Zellen zusammengeführt werden. Wenn die Zellzahl/Tröpfchen in etwa auf Einzelzellniveau liegt, werden die Tröpfchen mit den ermittelten Zellen von Interesse in der Feinsortierstufe den Ziel-Sammelgefäßen zugeführt. Ebenso können Tröpfchen mit Zellen von Interesse direkt von der Feinsortierstufe, unter Umgehung der Sammelgefäße, zu speziellen Modulen navigiert werden.If the droplets become too small after a few divisions the predetermined electrode size, can these droplets are merged with droplets without cells become. When the cell count / droplet is approximately at single cell level lies, the droplets become with the determined cells of interest in fine sorting the target collection vessels fed. Likewise, droplets can Cells of interest directly from the fine sorting stage, bypassing the collection vessels, navigated to special modules become.

Für besondere Anwendungen kann das System mit Zusatzmodulen erweitert werden, wie Warteschleifen, Färben und waschen, Ausbleichen. Die Messung schwacher, spezifischer Fluoreszenz-Signale kann mittels Ausbleichung verbessert werden, indem das beständigere Autofluoreszenzsignal der Zellen ermittelt und von der anfangs ermittelten Summe aus Autofluoreszenz und spezifischer Fluoreszenz subtrahiert wird.For Special applications can be added to the system with additional modules such as holding patterns, dyeing and washing, fading. The measurement of weak, specific fluorescence signals can by means of Bleaching be improved by the more stable Autofluoreszenzsignal the cells and determined from the initially determined Sum subtracted from autofluorescence and specific fluorescence becomes.

Weiterhin sind weitere geeignete Module vorteilhaft, z. B. für Bildanalyse oder darauf aufbauende manuelle Sortierentscheidungen., für Zellassays an Zellpopulationen, Einzelzellen oder Zellkomponenten, für Zell-Fusionierung, für Polymerase-Kettenreaktion (PCR), für Genexpressions-Analyse (BioChip). Diese Module können sowohl bei den Vorsortierstufen als auch bei der Feinsortierung eingesetzt werden.Farther Further suitable modules are advantageous, for. For image analysis or manual sorting decisions based thereon., for Cell assays on cell populations, single cells or cell components, for cell fusion, for polymerase chain reaction (PCR), for gene expression analysis (BioChip). These modules Both in the Vorsortierstufen as well as in the Fine sorting can be used.

Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.The the aforementioned and the claimed and in the embodiments described to be used according to the invention Components are subject in size, shape design, Material selection and technical conception no special exceptions, so that the selection criteria known in the field of application unrestricted Application can be found.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, in der – beispielhaft – Ausführungsbeispiele von Sortiervorrichtungen dargestellt ist. Auch einzelne Merkmale der Ansprüche oder der Ausführungsformen können mit anderen Merkmalen anderer Ansprüche und Ausführungsformen kombiniert werden.Further Details, features and advantages of the subject matter of the invention emerge from the dependent claims, as well as from the following description the accompanying drawings, in the - exemplary - embodiments is shown by sorting devices. Also, individual features of Claims or embodiments may be with other features of other claims and embodiments be combined.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

In der Zeichnung zeigenIn show the drawing

1 die erste Stufe einer Sortiervorrichtung in schematischer Darstellung; 1 the first stage of a sorting device in a schematic representation;

2 eine weitere Ausführungsform einer Sortiervorrichtung; 2 another embodiment of a sorting device;

3 eine schematische Darstellung eines DMF-Chips im Vertikalschnitt; 3 a schematic representation of a DMF chips in vertical section;

4 eine modulare Sortiervorrichtung; 4 a modular sorting device;

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDETAILED DESCRIPTION THE EMBODIMENTS

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 1 ist vorgesehen, zunächst Flüssigkeitströpfchen 1 geeigneter Zusammensetzung aus Ziel- und Restpartikeln an Öffnungen oder Ports 3A bis 3D aus einem Behälter 2 herauszulösen, d. h. zu generieren. Jedes generierte Flüssigkeitströpfchen wird über ein DMF-Mikrochip 20 mittels Elektroden 22 in eine erste Analyseposition 30A bewegt und dort auf das Vorhandensein mindestens eines Ziel- oder Restpartikels untersucht. Flüssigkeitströpfchen ohne Zielpartikel werden nachfolgend über eine Restpartikel- oder Tröpfchensenke 40 von dem Substrat entfernt. Flüssigkeitströpfchen mit mindestens einem Zielpartikel werden mittels des Substrats einer zweiten Behandlungsstufe zugeführt. Hierzu kann ein Zwischenbehälter 4 vorgesehen seinAccording to the embodiment according to 1 is provided, first liquid droplets 1 suitable composition of target and residual particles at openings or ports 3A to 3D from a container 2 to dissolve, ie to generate. Each generated liquid droplet is passed over a DMF microchip 20 by means of electrodes 22 in a first analysis position 30A moved there and examined for the presence of at least one target or remainder particle. Liquid droplets without target particles subsequently become via a residual particle or droplet sink 40 removed from the substrate. Liquid droplets with at least one target particle are fed by means of the substrate to a second treatment stage. For this purpose, an intermediate container 4 be provided

Zur Tröpfchenbewegungen ist vorzugsweise eine digitale mikrofluidische Tröpfchenbewegung (DMF) in der Weise vorgesehen, dass Potentiale zwischen Elektroden 22 einer Reihe (Tröpfchen-Bewegungspfad 22A) entlang einer Oberfläche des Substrates (Mikrochip 20, siehe 2) oder in einer Schicht des Substrates (Tröpfchen-Bewegungs-Ebene 21) bewegen sollen, wobei der Antrieb der Tröpfchen unter anderem nach der Methode des Elektrowetting und/oder der Dielektroforese erfolgen kann. Mittels an sich bekannter DMF-Schaltkreise ist dies möglich.For droplet movements, a digital microfluidic droplet movement (DMF) is preferably provided in such a way that potentials between electrodes 22 a series (droplet motion path 22A ) along a surface of the substrate (microchip 20 , please refer 2 ) or in a layer of the substrate (droplet-motion plane 21 ), wherein the drive of the droplets can be done inter alia by the method of Elektrowetting and / or the Dielektroforese. This is possible by means of known DMF circuits.

Nur die mit Zielpartikeln befrachteten Flüssigkeitströpfchen werden einer weiteren Behandlungsstufe zugeführt. Dabei können Populationsgrößen von 2 bis 10.000 Objekte und ggf. auch noch mehr sowie auch nicht biologische Objekte in dem einzelnen Flüssigkeitströpfchen vorliegen.Just the liquid droplets loaded with target particles are fed to another treatment stage. there can population sizes from 2 to 10,000 Objects and possibly even more as well as non-biological objects present in the single liquid droplet.

Gemäß einer ersten Ausführungsform werden die in einer Flüssigkeit suspendierten biologischen Objekte, wie z. B. gemischte Zellverbünde, in einem Vorratsbehältnis (Behälter 2) so in Bewegung gehalten oder aufbewahrt, dass sie nicht sedimentieren. Die voneinander beabstandeten Öffnungen oder Ports 3A, ... sind in ihrer Größe und Form so gewählt ist, dass an diesen Stellen aus dem Vorrat einzelne Flüssigkeitströpfchen geeigneter Größe aus dem Gesamtvolumen abgezogen oder her ausgelöst werden können. Dementsprechend ist der DMF-Mikrochip 20 mit seinen Kanälen oder Bahnen für den Tröpfchentransport (Tröpfchen-Bewegungspfade 22A) direkt an die jeweiligen Ports 3A, ... des Vorratsbehältnisses angedockt.According to a first embodiment, suspended in a liquid biological objects such. B. mixed cell assemblies, in a storage container (container 2 ) are kept in motion or stored so that they do not sediment. The spaced openings or ports 3A , ... are chosen in their size and shape so that at these points from the stock individual liquid droplets of suitable size can be deducted from the total volume or triggered forth. Accordingly, the DMF microchip 20 with its channels or pathways for droplet transport (droplet motion paths 22A ) directly to the respective ports 3A , ... of the storage container docked.

In den Analysepositionen 30A wird festgestellt, ob das jeweilige Flüssigkeitströpfchen mindestens ein Zielpartikel oder eine minimale Zielpartikelkonzentration enthält. Bejahendenfalls wird dieses Flüssigkeitströpfchen entlang eines der Tröpfchen-Bewegungspfades 22B auf dem Substrat in eine Weitergabeposition 50 an einem Pfadende 25 (Übergabepunkt) navigiert, an dem das Tröpfchen an eine weitere Behandlungsstufe abgegeben wird. Hierbei kann es sich um einen Zwischenbehälter 4 handeln. Tröpfchen, die keine oder zu wenige Zielpartikel enthalten, werden über andere Bewegungspfade 22C gelenkt als die Tröpfchen mit Zielpartikeln. An dem oder den Ende/n 24 dieses/dieser Pfade/s 22C für nicht interessierende Tröpfchen werden die Tröpfchen über mindestens eine Tröpfchensenke 40 an einen Tröpfchenauffangbehälter 41 übergeben.In the analysis positions 30A it is determined whether the respective liquid droplet contains at least one target particle or a minimum target particle concentration. If so, this liquid droplet becomes along one of the droplet motion paths 22B on the substrate in a transfer position 50 at the end of a path 25 (Transfer point) navigates, where the droplet is delivered to another treatment stage. This can be an intermediate container 4 act. Droplets that contain no or too few target particles will move across different motion paths 22C steered as the droplets with target particles. At the end (s) 24 this / these paths / s 22C for non-interest droplets, the droplets will sink over at least one droplet 40 to a droplet collector 41 to hand over.

Um Kollisionen von Ziel- und Restpartikeln zu vermeiden oder zumindest weitgehend auszuschließen, werden geeignete Sortieralgorithmen verwendet, die die Elektroden 22 steuern.In order to avoid or at least largely exclude collisions of target and residual particles, suitable sorting algorithms are used, which are the electrodes 22 Taxes.

Die Betriebsweise dieser beispielhaften Anordnung ist die, dass aus einem großen Reservoir (Behälter 2) markierte Zellen bzw. Mikropartikel zusammen mit nicht markierten Zellen bzw. Mikropartikeln in einer umgebenden Flüssigkeit abgeholt und auf beliebig vielen parallelen Wegstrecken zu den Analyseeinheiten (erste Analysepositionen 30A) gebracht werden, was durch einen elektrodynamischen Antrieb wie das Elektrowetting, geschieht. Hierzu sind entlang der vorgesehenen Tröpfchen-Bewegungspfade 22A nacheinander Elektroden 22 auf einem nicht dargestellten DMF Mikrochip 20 angeordnet und so gesteuert, dass die Tröpfchen über ein wanderndes elektrisches Potential in die vorgegebene Richtung gezogen werden. Dieser Vorgang kann auf nach oben offenen Bahnen, aber auch entlang von Kanälen oder zwischen mit vertikalem Abstand von einander angeordneten Elektroden tragenden Flächen des DMF-Mikrochips geschehen. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind Verzweigungen der Tröpfchenbewegungspfade 22A in Gestalt von Kreuzungen oder T-Verbindungen vorgesehen. Ein quer zu dem ersten Tröpfchenbewegungsfaden 22A verlaufender Bewegungspfad 22B schafft eine direkte Verbindung zu einem Zwischenbehälter 4 für interessierende Zellen, die an einer Tröpfchen-Weitergabeposition 50 am Pfadende 25 übergeben werden, während die dritten Tröpfchen-Verbindungspfade 22C eine Verbindung zu einem Tröpfchen-Auffangbehälter 41 für nicht interessierende Zellen herstellen, die an Tröpfchensenken 40 an den Pfadenden 24 übergeben werden.The operation of this exemplary arrangement is that of a large reservoir (container 2 ) labeled cells or microparticles are picked up together with unlabelled cells or microparticles in a surrounding liquid and on any number of parallel paths to the analysis units (first analysis positions 30A ), which is done by an electrodynamic drive such as electrowetting. These are along the provided droplet motion paths 22A successively electrodes 22 on a not shown DMF microchip 20 arranged and controlled so that the droplets are pulled over a migratory electrical potential in the predetermined direction. This process can be done on upwardly open paths, but also along channels or between vertically spaced-apart electrode-bearing surfaces of the DMF microchip. In the in 1 illustrated embodiment are branches of droplet motion paths 22A provided in the form of intersections or T-connections. A transverse to the first droplet movement thread 22A running motion path 22B creates a direct connection to an intermediate container 4 for cells of interest, attached to a Droplets hand-over position 50 at the end of the path 25 be passed while the third droplet connection paths 22C a connection to a droplet collector 41 for non-carcinogenic cells that are involved in droplet sinking 40 at the ends of the path 24 be handed over.

Die nach unten gerichteten Pfeile und Punkte deuten an, dass sich weitere Sortiermodule anschließen können. Die nach rechts weisenden Punkte nebst Pfeil deuten an, dass sich auf demselben Mikrochip weitere Ports und Tröpfchen-Bewegungspfade befinden können, oder sich weitere Sortiermodule dieser Stufe anschließen können, die ihre Zellen enthalten Tröpfchen aus demselben oder einem parallel geschaltetem Reservoir beziehen können, um die Parallelisierung und damit die Sortierleistung erhöhen.The downward arrows and points indicate that more Can connect sorting modules. The right pointing points and arrow indicate that on the same Microchip further ports and droplet motion paths are located can, or join more sorting modules of this level they can contain droplets that contain their cells can refer to the same or a parallel-connected reservoir, to increase the parallelization and thus the sorting performance.

Die 2 zeigt beispielhaft eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung nach 1, welche alternativ verwendbar ist oder die in einem dem ersten Sortierschritt z. B. nach 1 folgenden weiteren Sortierschritt ggf. nach zwischengeschalteten Zwischensortierschritten, verwendet werden kann. Der Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass sich eine weitere Sortierstufe an das Pfadende 25 des Tröpfchenbewegungspfades 22B anschließen kann. Zu diesem Zweck ist an dem Pfadende eine weitere Analyseposition 30B vorgesehen, die in dem dargestellten und insoweit bevorzugten Fall eine Differenzierung zwischen einer Mehrzahl interessierender Zellen vornehmen kann, die nachfolgend über Tröpfchen-Bewegungspfade 22D und 22E in Sammelbehälter Gr.1–Gr.5 je nach Eigenschaft der Zelle oder des mikrobiologischen Partikels gesammelt werden. Auch diese Tröpfchenbewegungspfade und Analyseposition können auf dem strichpunktiert angedeutetem DMF Mikrochip vorgesehen sein. The 2 shows by way of example an alternative embodiment of the device according to 1 , which is alternatively usable or in a first sorting step z. B. after 1 the following further sorting step, if necessary after intervening intermediate sorting steps, can be used. The difference from the first embodiment is that there is another sorting stage at the path end 25 of the droplet motion path 22B can connect. For this purpose, another analysis position is at the path end 30B provided, which in the illustrated and so far preferred case, a differentiation between a plurality of cells of interest can make, which subsequently via droplet motion paths 22D and 22E collected in collection container Gr.1-Gr.5 depending on the nature of the cell or microbiological particle. These droplet movement paths and analysis position can also be provided on the dot-dash line DMF microchip.

Alternativ zu den Ausführungsformen nach 1 und 2, kann auch der Tröpfchenauffangbehälter 41 für nicht interessierende mikrobiologische Objekte über einen Sammelpfad 22F (in Entsprechung des Sammelpfades 22B für interessierende Objekte) überführt werden. Dies ist beispielhaft als alternatives Detail zu 1 dargestellt. Eine solche „BUS”-Leitung für gleichwertige Tröpfchen vermindert den Steuerungsaufwand.As an alternative to the embodiments according to 1 and 2 , also the droplet collector 41 for non-interesting microbiological objects via a collection path 22F (in correspondence of the collection path 22B for objects of interest). This is exemplary as an alternative detail too 1 shown. Such a "BUS" line for equivalent droplets reduces the control effort.

Das Detektionsprinzip wird in 3 beispielhaft verdeutlicht. Die mikrofluidische Tröpfchenbewegungspfade sind als Kanäle auf einem CMOS Chip (Siliziumsubstrat) eingebettet. Darin lassen sich die Elektroden unterbringen und elektrisch ansteuern. In dem dargestellten Beispiel sind Fotodetektoren auf Siliziumbasis mit einem strukturierten Farbfilter ebenfalls in dieser Schicht angebracht. Die Tröpfchen mit den Populationen an mikrobiologischen Objekten laufen zwischen Silizium und z. B. einem Glassubstrat als Deckel. Über den Glasdeckel kann dann das Anregungslicht mittels Glasfasern, etc. eingekoppelt werden. Die Elektroden lassen sich beispielsweise auch optisch transparent realisieren.The detection principle is in 3 exemplified. The microfluidic droplet motion paths are embedded as channels on a CMOS chip (silicon substrate). In it, the electrodes can be accommodated and electrically controlled. In the illustrated example, silicon based photodetectors with a structured color filter are also mounted in this layer. The droplets with the populations of microbiological objects run between silicon and z. B. a glass substrate as a lid. The excitation light can then be coupled in by means of glass fibers, etc., via the glass cover. The electrodes can also be realized optically transparent, for example.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung nach 4 wird die Behandlung einer Population von in Flüssigkeitströpfchen (F) suspendierten biologischen Objekten aus Ziel- und Restpartikeln stufenweise derart vorgenommen, dass Flüssigkeitströpfchen mit nicht interessierenden Populationen nach der Detektion bei 30A auf direktem Wege und ohne Kreuzung mit Bewegungspfaden 22B für interessierende Flüssigkeitströpfchen der Restpartikelsenke 40, 50 zugeführt werden. Hierbei kann eine einzige Restpartikelsenke für mehrere Tröpfchenports 3 und entsprechend für mehrere Tröpfchen-Bewegungspfade 22A auf dem Mikrochip 20A, 20B, 20C verwendet werden. Vorzugsweise auf demselben Mikrochip findet danach eine Teilung der interessierenden Flüssigkeitströpfchen bei 32A statt. Die Teiltröpfchen F1, F2 werden nachfolgend einzeln bei 30C analysiert und nachfolgend in einer weiteren Restpartikelsenke 40'; 50' gesammelt oder abgeführt, wenn sie nicht interessieren und der weiteren Behandlung zugeführt, wenn sie interessieren, also z. B. mindestens ein Zielpartikel enthalten. Die Tröpfchenteilung wird vorzugsweise auf demselben Mikrochip 20A durchgeführt, auf dem sich auch die erste Restpartikelsenke 40, 50 befindet.In another embodiment of the invention according to 4 For example, the treatment of a population of biological objects of target and residual particles suspended in liquid droplets (F) is performed in a stepwise manner such that liquid droplets with non-interest populations after detection 30A directly and without crossing with movement paths 22B for interesting liquid droplets of the residual particle sink 40 . 50 be supplied. This can be a single residual particle sink for multiple droplet ports 3 and correspondingly for multiple droplet motion paths 22A on the microchip 20A . 20B . 20C be used. Thereafter, preferably on the same microchip, there is a division of the liquid droplets of interest 32A instead of. The partial droplets F 1 , F 2 are below individually 30C analyzed and subsequently in another residual particle sink 40 '; 50 ' collected or discharged, if they are not interested and further treatment, if they are of interest, eg. B. contain at least one target particle. The droplet separation is preferably on the same microchip 20A carried out, on which also the first remainder particle sink 40 . 50 located.

Der zweite Analyseschritt findet bei dem dargestellten und insofern bevorzugten Ausführungsbeispiel nach 4 auf veränderten Tröpfchen-Bewegungspfaden statt, nämlich solchen, bei denen die Elektroden 22' der geringeren Tröpfchengröße entsprechend kleiner sind. In dem Beispiel nach 4 sind die Flächen der Elektroden 22' des Mikrochips 20B etwa ¼ so groß wie die Flächen der Elektroden 22 des Mikrochips 20A und etwa vier mal so groß wie die Flächen der Elektroden 22' des Mikrochips 20C. Für die Weiterbehandlung wird ein weiteres Mikrochipmodul 20B verwendet, dass die kleineren Elektroden 22' aufweist. Durch diese Verkleinerung der Elektrodengröße wird eine (überlagerte) Kaskadierung erreicht, in dem die Bewegungspfade von einem Modul zum nächsten jeweils etwa verdoppelt werden. Auf diese Weise kann eine Vereinzelung von Zielpartikeln schrittweise erfolgen.The second analysis step finds in the illustrated and therefore preferred embodiment 4 on changed droplet motion paths, namely those in which the electrodes 22 ' the smaller droplet size are correspondingly smaller. In the example below 4 are the areas of the electrodes 22 ' of the microchip 20B about ¼ of the area of the electrodes 22 of the microchip 20A and about four times the area of the electrodes 22 ' of the microchip 20C , For further treatment, another microchip module 20B used that the smaller electrodes 22 ' having. By this reduction of the electrode size, a (superimposed) cascading is achieved, in which the movement paths are approximately doubled from one module to the next. In this way, a separation of target particles can take place step by step.

Wenn die Tröpfchengröße aufgrund mehrfacher Tröpfchenteilung so gering wird, dass der Tröpfchentransport und/oder die in den Tröpfchen enthaltenden Zielpartikel unter der geringen Flüssigkeitsmenge leiden, können partikelfreie Flüssigkeitströpfchen F0 mit einem partikelenthaltenden Flüssigkeitströpfchen F vereint werden.If the droplet size due to multiple Droplet separation becomes so low that the droplet transport and / or the target particles contained in the droplets can suffer from the small amount of liquid particle-free liquid droplets F0 with a particle-containing liquid droplets F united become.

Die Flüssigkeitströpfchen können, insbesondere auf den Mikrochip, gekühlt, aufgeheizt, oder begast werden, um optimale Bedingungen für die Zielpartikel zu schaffen.The liquid droplets can, in particular on the microchip, cooled, heated, or fumigated to create optimal conditions for the target particles.

Weiter ist es möglich, Ziel- oder Restpartikel enthaltende Flüssigkeitströpfchen entlang einer „Warteschleife” zu bewegen oder sie in eine vorangehende Stufe zurück zuführen. Letzteres ist für die Feinsortierung auf Mikrochip 20C für interessierende Tröpfchen mittels entsprechender Bewegungspfade 22G und 22H verwirklicht.Further, it is possible to move liquid droplets containing target or residual particles along a "waiting loop" or to return them to a previous stage. The latter is for fine sorting on microchip 20C for droplets of interest by means of corresponding motion paths 22G and 22H realized.

Die Architektur der DMF-Chips zur Behandlung der mikrobiologischen Objekte wird vorzugsweise modular ausgestaltet. Dies ermöglicht nicht nur einen hohen Grad an Parallelisierung der generierten Tröpfchen, sondern gestattet auch die Übergabe von Tröpfchen zwischen den Pfadenden benachbarter Module, so dass weitere Behandlungsschritte sich unmittelbar anschließen können. Einzelnen Modulen können unterschiedliche Aufgaben zugeordnet werden, etwa weil auf den vorangehenden Modulen gewisse Behandlungsschritte nicht oder nicht mehr Platz finden. Ebenso ist es möglich, Module zu verwenden, die dreidimensionale Bewegungspfade ermöglichen, so dass Flüssigkeitströpfchen in unterschiedlichen, insbesondere parallelen Ebenen behandelt und auch von einer Ebene in eine andere Ebene transportiert werden können.The Architecture of DMF chips for the treatment of microbiological objects is preferably designed modular. this makes possible not only a high degree of parallelization of the generated droplets, but also allows the transfer of droplets between the path ends of adjacent modules, allowing further treatment steps can connect directly. each Modules can be assigned different tasks, because because of the preceding modules certain treatment steps not or no longer find space. It is also possible Use modules that allow three-dimensional motion paths, so that liquid droplets in different, especially parallel levels and also from a level can be transported to another level.

22
Behältercontainer
3A, B, ...3A, B, ...
Portsports
44
Zwischenbehälterintermediate container
1111
Tröpfchen-QuellenDroplet sources
2020
DMF-MikrochipDMF microchip
20A20A
DMF-MikrochipDMF microchip
20B20B
DMF-MikrochipDMF microchip
20C20C
DMF-MikrochipDMF microchip
2121
Tröpfchen-Bewegungs-EbeneDroplet motion level
2222
Elektrodenelectrodes
22'22 '
Elektrodenelectrodes
22''22 ''
Elektrodenelectrodes
22A22A
Tröpfchen-BewegungspfadeDroplet motion paths
22B22B
Tröpfchen-BewegungspfadeDroplet motion paths
22C22C
Tröpfchen-BewegungspfadeDroplet motion paths
22D22D
Tröpfchen-BewegungspfadeDroplet motion paths
22E22E
Tröpfchen-BewegungspfadeDroplet motion paths
22F22F
Tröpfchen-BewegungspfadeDroplet motion paths
22G22G
Tröpfchen-BewegungspfadeDroplet motion paths
22H22H
Tröpfchen-BewegungspfadeDroplet motion paths
2323
erstes Pfadendefirst path end
2424
zweites Pfadendesecond path end
2525
drittes Pfadendethird path end
30A30A
erste Analysepositionfirst analysis position
30B30B
zweite Analysepositionsecond analysis position
30C30C
dritte Analysepositionthird analysis position
32A32A
Tröpfchen-TeilungspositionDroplet dividing position
4040
Tröpfchensenkedroplets sink
40'40 '
Tröpfchensenkedroplets sink
40''40 ''
Tröpfchensenkedroplets sink
40'''40 '' '
Tröpfchensenkedroplets sink
4141
Tröpfchen-AuffangbehälterDroplet collector
5050
Tröpfchen-WeitergabepositionDroplets hand-over position
50'50 '
Tröpfchen-WeitergabepositionDroplets hand-over position
50''50 ''
Tröpfchen-WeitergabepositionDroplets hand-over position
50'''50 '' '
Tröpfchen-WeitergabepositionDroplets hand-over position
6060
Steuerungselektronikcontrol electronics
AA
Zielpartikeltarget particles
BB
Restpartikelresidual particles
FF
FlüssigkeitströfchenFlüssigkeitströfchen
F1F1
Teiltröpfchensubdroplets
F2F2
Teiltröpfchensubdroplets
F0F0
partikelfreie Flüssigkeitströpfchenparticle-free liquid droplets

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - WO 03/060486 A1 [0003] WO 03/060486 A1 [0003]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - James F. Leary, ULTRA HIGH-SPEED SORTING, International Society for Analytical Cytology, Cytometry Part A 67A, Seite 67–85 [0003] - James F. Leary, ULTRA HIGH-SPEED SORTING, International Society for Analytical Cytology, Cytometry Part A 67A, page 67-85 [0003]
  • - Irena Barbulovic-Nad et al, DIGITAL MICROFLUIDICS FOR CELL-BASED ASSAYS, veröffentlicht durch The Royal Society of Chemistry in Lab Chip, 2008, 8, Seiten 519–526 [0004] - Irena Barbulovic-Nad et al, DIGITAL MICROFLUIDICS FOR CELL-BASED ASSAYS, published by The Royal Society of Chemistry in Lab Chip, 2008, 8, pp. 519-526 [0004]
  • - Sung Kwon Cho et al „CREATING, TRANSPORTING, CUTTING, AND MERGING LIQUID DROPLETS BY ELECTROWETTING BASED ACTUATION FOR DIGITAL MICROFLUIDIC CIRCUITS” im Journal of Microelectrochemical Systems, Vol. 12, No. 1, Februar 2003, Seiten 70–80 [0007] Sung Kwon Cho et al "CREATING, TRANSPORTING, CUTTING, AND MERGING LIQUID DROPLETS BY ELECTROWETTING BASED ACTUATION FOR DIGITAL MICROFLUIDIC CIRCUITS" in Journal of Microelectrochemical Systems, Vol. 1, February 2003, pages 70-80 [0007]
  • - Druckschrift „CREATING, TRANSPORTING, CUTTING, AND MERGING LIQUID DROPLETS BY ELECTROWETTING BASED ACTUATION FOR DIGITAL MICROFLUIDIC CIRCUITS (a. a. O.)” [0010] - "CREATING, TRANSPORTING, CUTTING, AND MERGING LIQUID DROPLETS BY ELECTROWETTING BASED ACTUATION FOR DIGITAL MICROFLUIDIC CIRCUITS (supra)" [0010]

Claims (15)

Verfahren zum Behandeln einer Population von in Flüssigkeitströpfchen suspendierten, sich voneinander unterscheidenden, insbesondere biologischen Objekten aus Ziel- und Restpartikeln unter Verwendung mindestens eines Substrates mit einer digitalen mikrofluidischen Schaltung, die eine digitale mikrofluidische Tröpfchen-Bewegung ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass Flüssigkeitströpfchen geeigneter Zusammensetzung aus Ziel- und Restpartikeln generiert werden, dass jedes Flüssigkeitströpfchen in einer ersten Analyseposition auf das Vorhandensein mindestens eines Ziel- oder Restpartikels untersucht wird, dass Flüssigkeitströpfchen ohne Zielpartikel nachfolgend über eine Restpartikelsenke von dem Substrat entfernt werden und dass Flüssigkeitströpfchen mit mindestens einem Zielpartikel oder einer vorgegebenen Mindestzahl an Zielpartikeln mittels des Substrates einer zweiten Behandlungsstufe zugeführt werden.A method of treating a population of target droplets and residual particles suspended in liquid droplets, differing in particular, using at least one substrate having a digital microfluidic circuit enabling digital microfluidic droplet movement, characterized in that droplets of liquid of suitable composition Target and residual particles are generated, that each liquid droplet is examined in a first analysis position for the presence of at least one target or residual particle, that liquid droplets without target particles are subsequently removed via a residual particle sink from the substrate and that liquid droplets with at least one target particle or a predetermined minimum number be supplied to target particles by means of the substrate of a second treatment stage. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein DMF-Chip mit seinen Kanälen oder Bahnen für den Tröpfchentransport direkt an die jeweiligen Ports des Vorratsbehältnisses anschließt.Method according to claim 1, characterized in that that a DMF chip with its channels or tracks for the droplet transport directly to the respective ports of the Storage container connects. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitströpfchen entlang einer der Tröpfchen-Bewegungsbahnen auf dem Substrat in eine Weitergabeposition an einem Pfadende (Übergabepunkt) navigiert werden, an dem das Tröpfchen an eine weitere Behandlungsstufe abgegeben wird.Method according to claim 1 or 2, characterized that the liquid droplets along one of the Droplet trajectories on the substrate in a relaying position at a path end (transfer point) the delivered the droplets to another treatment step becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für den Transport von Flüssigkeitströpfchen mehrere DMF-Chip-Module am Ende von Pfaden für interessierende und/oder nicht interessierende Flüssigkeitströpfchen an einander angedockt werden.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that for the transport of liquid droplets several DMF chip modules at the end of paths for those interested and / or liquid droplets of no interest be docked on each other. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende von Pfaden für interessierende und/oder nicht interessierende Flüssigkeitströpfchen die Flüssigkeitströpfchen an ein weiteres DMF-Chip-Modul übergeben werden.Method according to claim 4, characterized in that that at the end of paths for those interested and / or not liquid droplets of interest, the liquid droplets be transferred to another DMF chip module. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von mikrobiologischen Objekten in einem Flüssigkeitströpfchen derart gewählt wird, dass die Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins eines Zielpartikels in dem Tröpfchen vergleichsweise gering ist.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the number of microbiological Objects in a liquid droplet like this is chosen that the probability of existence of a target particle in the droplet comparatively low is. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Flüssigkeitströpfchen mit nicht interessierenden Populationen nach der Detektion auf direktem Wege und ohne Kreuzung mit Bewegungspfaden für interessierende Flüssigkeitströpfchen der Restpartikelsenke zugeführt werden.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that liquid droplets with non-interested populations after detection on direct Paths and no intersection with paths of movement for those interested Liquid droplets of the residual particle sink supplied become. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass, insbesondere auf demselben Mikrochip, nach einem Sortierschritt eine Teilung der interessierenden Flüssigkeitströpfchen stattfindet und die einzelnen Teiltröpfchen nachfolgend analysiert und nachfolgend in einer weiteren Restpartikelsenke gesammelt oder abgeführt werden, wenn sie nicht interessieren und der weiteren Behandlung zugeführt, wenn sie interessieren.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that, in particular on the same microchip, after a sorting step a division of the liquid droplets of interest takes place and the individual sub-droplets analyzed below and subsequently collected in a further residual particle sink or be dissipated if they do not care and who fed to further treatment if they are of interest. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Tröpfchen-Teilungsschritt ein weiterer Analyseschritt auf veränderten Tröpfchen-Bewegungspfaden stattfindet, insbesondere auf solchen, bei denen die Elektroden der geringeren Tröpfchengröße entsprechend kleiner sind.Method according to claim 8, characterized in that that after the droplet division step, another analysis step takes place on altered droplet motion paths, especially those where the electrodes are of smaller droplet size are correspondingly smaller. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass partikelfreie Flüssigkeitströpfchen mit einem partikelenthaltenden Flüssigkeitströpfchen auf dem DMF-Chip vereint werden.Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that particle-free liquid droplets with a particle-containing liquid droplet be united on the DMF chip. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Ziel- oder Restpartikel enthaltende Flüssigkeitströpfchen entlang einer „Warteschleife” bewegt oder sie in eine vorangehende Stufe zurückgeführt werden.Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that target or residual particles containing Liquid droplets moved along a "holding pattern" or they are traced back to a previous stage become. Vorrichtung zum Behandeln einer Population von in Flüssigkeitströpfchen suspendierten, sich voneinander unterscheidenden, insbesondere biologischen Objekten aus Ziel- und Restpartikeln unter Verwendung mindestens eines Substrates mit einer digitalen mikrofluidischen Schaltung, die eine digitale mikrofluidische Tröpfchen-Bewegung ermöglicht, mit einem Mikrochip (20) mit einer Tröpfchen-Bewegungs-Ebene (21) mit Pfaden (22A) entlang derer Flüssigkeitströpfchen (F) wahlweise in vorgebbare unterschiedliche Positionen bewegbar sind mit einer oder mehreren Tröpfchen-Quelle/n (11) und der Zahl der Tröpfchen-Quellen entsprechend viele ersten Pfadenden (23) mit mindestens einer ersten Analyseposition (30A) je Pfad (22A), mit mindestens einer Tröpfchensenke (40) an mindestens einem zweiten Pfadende (24), mit mindestens einer Tröpfchen-Weitergabeposition (50) an mindestens einem dritten Pfadende (25) sowie mit einer Steuerungselektronik (60) zum Bewegen eines Flüssigkeitströpfchens (1) zum zweiten oder dritten Pfadende hin in Abhängigkeit einer in der Analyseposition (30) festgestellten Partikel-Population in diesem Flüssigkeitströpfchen (F).Device for treating a population of target droplets and residual particles suspended in liquid droplets, differing in particular, using at least one substrate with a digital microfluidic circuit enabling digital microfluidic droplet movement with a microchip ( 20 ) with a droplet motion plane ( 21 ) with paths ( 22A ) along which liquid droplets (F) are selectively movable into predeterminable different positions with one or more droplet source (s) ( 11 ) and the number of droplet sources corresponding to many first path ends ( 23 ) with at least one first analysis position ( 30A ) per path ( 22A ), with at least one droplet sink ( 40 ) at least one second path end ( 24 ), with at least one droplet transfer position ( 50 ) at least at a third path end ( 25 ) as well as with a control electronics ( 60 ) for moving a liquid droplet ( 1 ) to the second or third path end depending on one in the analysis position ( 30 ) determined particle population in this liquid droplet (F). Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere modulare DMF-Mikrochips aneinander angedockt sind und beiderseitige Enden von Tröpfchen-Bewegungspfaden (22A, 22B, 22C) Tröpfchen-Weitergabestellen bilden zwischen den DMF-Modulen bilden.Apparatus according to claim 12, characterized in that a plurality of modular DMF microchips are docked to each other and bilateral ends of droplet motion paths ( 22A . 22B . 22C ) Make droplet transfer points form between the DMF modules. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ineinander übergehende Tröpfchen-Bewegungspfade unterschiedlich breit sind, insbesondere nachfolgende Tröpfchen-Bewegungspfade etwa halb so breit wie vorausgehende Tröpfchen-Bewegungspfade sind.Device according to claim 12 or 13, characterized that merging droplet motion paths are different in width, especially subsequent droplet motion paths about half as wide as previous droplet motion paths are. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Tröpfchensenken (40) jeweils zwischen benachbarten Tröpfchen-Bewegungspfaden (22A) angeordnet sind.Device according to one of claims 12 to 14, characterized in that droplet sinking ( 40 ) each between adjacent droplet motion paths ( 22A ) are arranged.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022074377A1 (en) * 2020-10-05 2022-04-14 Lightcast Discovery Ltd Improvements in or relating to a device and methods for facilitating manipulation of microdroplets

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003060486A1 (en) 2002-01-10 2003-07-24 Board Of Regents, The University Of Texas System Flow sorting system and methods regarding same
US20060226012A1 (en) * 2005-04-08 2006-10-12 Kanagasabapathi Thirukumaran T Integrated microfluidic transport and sorting system

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005099419A2 (en) * 2004-04-13 2005-10-27 President And Fellows Of Harvard College Manipulation and/or detection of biological samples or other objects
US20050249636A1 (en) * 2004-05-04 2005-11-10 Tacklind Christopher A Bubble valve for sorting of cells and the like
EP3144066A1 (en) * 2004-05-28 2017-03-22 Board of Regents, The University of Texas System Programmable fluidic processors
US7901947B2 (en) * 2006-04-18 2011-03-08 Advanced Liquid Logic, Inc. Droplet-based particle sorting
WO2009005680A1 (en) * 2007-06-29 2009-01-08 President And Fellows Of Harvard College Methods and apparatus for manipulation of fluidic species

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003060486A1 (en) 2002-01-10 2003-07-24 Board Of Regents, The University Of Texas System Flow sorting system and methods regarding same
US20060226012A1 (en) * 2005-04-08 2006-10-12 Kanagasabapathi Thirukumaran T Integrated microfluidic transport and sorting system

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Druckschrift "CREATING, TRANSPORTING, CUTTING, AND MERGING LIQUID DROPLETS BY ELECTROWETTING BASED ACTUATION FOR DIGITAL MICROFLUIDIC CIRCUITS (a. a. O.)"
Irena Barbulovic-Nad et al, DIGITAL MICROFLUIDICS FOR CELL-BASED ASSAYS, veröffentlicht durch The Royal Society of Chemistry in Lab Chip, 2008, 8, Seiten 519-526
James F. Leary, ULTRA HIGH-SPEED SORTING, International Society for Analytical Cytology, Cytometry Part A 67A, Seite 67-85
SHIH-KANG,F.,et.al.:Cross-scale electric manipulations of cells and droplets by frequency-modulated dielectrophoresis and electrowetting.Lab Chib,2008,8,1325-1331 *
Sung Kwon Cho et al "CREATING, TRANSPORTING, CUTTING, AND MERGING LIQUID DROPLETS BY ELECTROWETTING BASED ACTUATION FOR DIGITAL MICROFLUIDIC CIRCUITS" im Journal of Microelectrochemical Systems, Vol. 12, No. 1, Februar 2003, Seiten 70-80
VOLDMAN,JOEL:Electrical Forces For Microscale Cell Manipulation.Annual Review of Biomedical Engineering,2006,8,425-454 *
VOLDMAN,JOEL:Electrical Forces For Microscale Cell Manipulation.Annual Review of Biomedical Engineering,2006,8,425-454 SHIH-KANG,F.,et.al.:Cross-scale electric manipulations of cells and droplets by frequency-modulated dielectrophoresis and electrowetting.Lab Chib,2008,8,1325-1331

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022074377A1 (en) * 2020-10-05 2022-04-14 Lightcast Discovery Ltd Improvements in or relating to a device and methods for facilitating manipulation of microdroplets
WO2022074374A1 (en) * 2020-10-05 2022-04-14 Lightcast Discovery Ltd Improvements in or relating to a device and methods for facilitating manipulation of microdroplets
JP2023545029A (en) * 2020-10-05 2023-10-26 ライトキャスト ディスカバリー リミテッド Improvements in devices and methods to facilitate manipulation of microdroplets
JP2023546815A (en) * 2020-10-05 2023-11-08 ライトキャスト ディスカバリー リミテッド Improvements in devices and methods to facilitate manipulation of microdroplets

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