-
In mikrofluidischen Systemen, z. B. Lab-on-Chip(LOC)-Systemen, ist es notwendig, die biochemischen Reagenzien und die Probe auf beziehungsweise in den Chip zu leiten. Im Gegensatz zu einfachen Lateral-Flow-Teststreifen für z. B. immunologische Nachweismethoden werden für molekulardiagnostische Tests oft mehrere Reagenzien im Chip-System benötigt. Dabei ist nicht immer eine einfach zu handhabende und benutzerfreundliche on-Chip-Lagerung in getrockneter Form, zum Beispiel lyophilisiert, möglich. Ein weiterer gravierender Unterschied zwischen den meisten molekulardiagnostischen Tests und Lateral-Flow-Testreifen besteht darin, dass häufig große Mengen an Analyt- oder Waschlösungen gehandhabt werden müssen, die sich aufgrund ihres großen Volumens von bis zu mehreren Millilitern schwer auf dem Chip integrieren lassen.
-
Um diese Anforderungen zu erfüllen, werden z. B. Chip-externe Vorratsgefäße mit externen Spritzenpumpen und Verbindungen zum Chip verwendet. Alternativ erfolgt die Zugabe der Reagenzien in die Vorratsbehälter oder Reaktionskammern des Chips manuell. Während es bei der ersten Variante leicht zu Verunreinigungen oder Luftziehen der Spritzenpumpen kommen kann, stellen bei der zweiten Variante vor allem Bedienungsfehler durch die Anwender ein Problem dar. Daneben sind auch Systeme mit druckluftgetriebener Zugabe von Fluiden bekannt, bei denen sich jedoch nur schwer reproduzierbare Volumina zuführen lassen und Druckluft in das fluidische System gelangen kann.
-
Daher wurden Systeme entwickelt, bei denen die Bevorratung der Reagenzien direkt integriert auf dem Chip erfolgt. Die
WO 2006053588 beschreibt hierzu eine Vorrichtung zur Verwendung in einem mikrofluidischen System, in der eine Flüssigkeit in einem Blisterreservoir gespeichert wird. Nachdem der Blister mit dem mikrofluidischen System in Verbindung gebracht worden ist, wird zwischen dem Blisterreservoir und dem mikrofluidischen System eine Folie durchstochen, so dass zwischen dem Blisterreservoir und dem mikrofluidischen System eine Fluidverbindung entsteht. Anschließend wird die Flüssigkeit durch manuellen Druck auf das Blisterreservoir in einen Kanal des mikrofluidischen Systems gebracht. Um ein frühzeitiges Durchstechen der Folie zwischen dem Blisterreservoir und dem mikrofluidischen System zu verhindern, umfasst das System aus Blisterreservoir und mikrofluidischem System eine spezielle Haltevorrichtung.
-
Eine weitere Vorrichtung wird in der
WO 2008076395 offenbart. Bei dieser Vorrichtung werden mehrere Blisterreservoire erst in dem Moment in direkten Kontakt mit dem mikrofluidischen System gebracht und durch Nadeln geöffnet, in dem die in ihnen gespeicherten Flüssigkeiten verwendet werden sollen. Zudem ermöglicht es das System durch abwechselndes Zusammendrücken der Blisterreservoire, einzelne Substanzen im mikrofluidischen System zu mischen.
-
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
-
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur hermetisch abgeschlossenen Bevorratung von Flüssigkeiten für ein mikrofluidisches System, das mindestens einen Hohlraum zur Aufnahme eines Fluids und mindestens einen Dichtkonus, über den eine fluidische Verbindung zum mikrofluidischen System herstellbar ist, aufweist.
-
Unter „hermetisch abgeschlossener Bevorratung von Flüssigkeiten” wird im Folgenden eine Bevorratung von bereits in der Vorrichtung enthaltener oder vom Anwender in die Vorrichtung eingebrachter Flüssigkeit bis zu ihrer Verwendung in einem mikrofluidischen System verstanden, die vollkommen dicht und nach außen hin abgeschlossen ist, so dass keine Verunreinigungen eindringen können.
-
Ein „mikrofluidisches System” ist ein miniaturisiertes Fluidsystem. Hierbei handelt es sich z. B. um Micro-Total-Analysis-Systeme (μTAS) oder LOC-Systeme. Sie haben den Vorteil, dass einzelne Arbeitsschritte zusammengefasst und automatisiert und dabei gleichzeitig auf einen Mikromaßstab reduziert werden. Das Potential derartiger Systeme liegt vor allem in der Automatisierbarkeit, den schnellen Reaktionszeiten und in der Reduzierung der Proben- und Reagenzienvolumina, so dass ein Analyse-Labor in Form eines miniaturisierten Systems möglich wird. Vorzugsweise handelt es sich bei den Fluiden um Reagenzien, Proben bzw. Analyten und/oder Lösungsmittel. Bei den LOC-Systemen wird der Chip zur Analyse in ein Laborgerät eingelegt bzw. platziert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den notwendigen Fluiden wird dabei entweder in das LOC-System integriert und fest mit diesem verbunden oder aber separat vom LOC-System gelagert und erst im Betrieb fest mit dem LOC-System verbunden.
-
Der Begriff „Hohlraum zur Aufnahme eines Fluids” bezeichnet im Folgenden einen durch äußere Begrenzungen definierten Raum, der zur Aufnahme von Flüssigkeiten geeignet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der mindestens eine Hohlraum aus mindestens zwei miteinander in Teilflächen verbundenen, vorzugsweise verschweißten oder verklebten, Teilen geformt, wobei die Teile ausgewählt sind aus der Gruppe von Polymerfolie, Polymerplatte und elastomerer Membran.
-
In einer Variante dieser Ausführungsform besteht der Hohlraum aus zwei beispielsweise mittels Spritzguss, Fräsen, Tiefziehen oder Heißprägen strukturierten Polymerplatten, die z. B. über Schweißen oder Kleben miteinander verbunden sind.
-
In einer weiteren Variante dieser Ausführungsform wird der mindestens eine Hohlraum aus mindestens zwei miteinander in Teilflächen verschweißten oder verklebten thermogeformten Polymerfolien oder -platten geformt, so dass zwischen den nicht verbundenen Teilbereichen Hohlräume entstehen, die zur Aufnahme der Fluide geeignet sind. Als Material kommen insbesondere geeignete Kunststoffe in Frage, die thermogeformt oder gepresst werden.
-
In einer dritten Variante dieser Ausführungsform wird der Hohlraum durch eine elastomere Membran begrenzt, die in Teilbereichen mit einer Polymerfolie- oder platte verbunden, z. B. verschweißt oder verklebt, ist, so dass zwischen den nicht verbundenen Teilbereichen Hohlräume entstehen, die zur Aufnahme der Fluide geeignet sind. Dies führt dazu, dass die elastomere Membran im unbefüllten Zustand auf der Polymerfolie oder -platte aufliegt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass keine Belüftungsöffnung benötigt wird, da sich die elastomere Membran beim Befüllen aufbläst und, während Flüssigkeit in das mikrofluidische System abgegeben wird, wieder zusammenzieht. Über die elastomere Membran lässt ggf. auch die Verbindung zum mikrofluidischen System herstellen.
-
Alternativ ist auch ein einteiliger Aufbau, z. B. als thermogeformtes Kunstoffformteil, möglich.
-
Bei der Auswahl der Materialien ist insbesondere darauf zu achten, dass sie gegenüber den darin zu bevorratenden Fluiden inert sind. Beispielsweise können als Materialien thermoplastische Kunststoffe, beispielsweise Polysterol, Polycarbonat, Polyethylen, Polypropylen, Polymethy(meth)acrylat, Cyclische-Olefin-Copolymere oder Cyclische-Olefin-Polymere zum Einsatz kommen. In diesem Zusammenhang ist es ein weiterer entscheidender Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung, dass sie als Einwegartikel gefertigt sein kann.
-
Generell weisen die dazwischenliegenden Hohlräume ein Volumen von 10 μl bis 10 ml, vorzugsweise von 20 μl bis 5 ml, besonders bevorzugt von 200 μl bis 1 ml, wobei die Endwerte der Bereiche und alle Einzelwerte dazwischen mit umfasst werden. Die Grundfläche des Hohlraums kann beispielsweise kreisförmig, oval oder rechteckig sein. Alternativ kann der Hohlraum auch als Kanal, d. h. deutlich länger als breit und hoch, z. B. als mäanderförmiger Kanal, ausgeführt sein. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass beim druckgetriebenen Befüllen bzw. Entleeren der Einschluss von Luftblasen bzw. ein unvollständiges Entleeren vermieden wird.
-
In einer weiteren Ausführungsform weist der Hohlraum zusätzlich eine Kanalstruktur auf, durch die die Fluide, z. B. Reagenzien, Lösungsmittel oder Gase zum Entlüften, strömen können. Die Kanalstruktur hat den Vorteil, dass gegebenenfalls eine dosierte Zugabe der Fluide möglich wird und eine größere Flexibilität in Bezug auf die Platzierung des mindestens einen Dichtkonus erreicht wird.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der mindestens eine Hohlraum als Blisterstruktur ausgeführt, d. h. er besitzt eine blasenförmige Ausgestaltung. Blister bieten den Vorteil, dass sie kostengünstig aus z. B. thermogeformten Kunststoffen herstellbar sind und durch die Flexibilität auch ein Herauspressen der Fluide möglich ist. Ferner hat die Verwendung eines Blisters den Vorteil, dass keine Entlüftungsöffnung benötigt wird, da der Blister, während die Flüssigkeit in ein mikrofluidisches System abgegeben wird, in sich zusammen fällt. Möglich ist auch eine Verbindung aus beiden Strukturen, d. h. ein blasenförmiges Reservoir und ein sich daran anschließender Kanal.
-
Selbstverständlich ist es möglich, dass die Vorrichtung mehr als einen Hohlraum zur Aufnahme verschiedener Fluide aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung mindestens einen Hohlraum zur Aufnahme von Reagenzien in Form eines Fluid auf. In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung mindestens einen Hohlraum zur Aufnahme einer zu analysierenden Probe als Fluid auf. Eine Vorrichtung mit mindestens zwei Hohlräumen, d. h. einem zur Aufnahme von Reagenzien und einem zur Aufnahme einer Probe, ist natürlich auch möglich.
-
In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung mindestens einen Hohlraum als Abfallreservoir auf oder es wird mindestens ein Hohlraum zur Aufnahme von Reagenzien oder zur Aufnahme einer zu analysierenden Probe nach der Entleerung in das mikrofluidische System als Abfallreservoir genutzt. Der Begriff „Abfallreservoir” bezeichnet im Folgenden eine Auffangeinrichtung für bereits verbrauchte Fluide aus dem mikrofluidischen System. Dies hat den Vorteil, dass verbrauchte Medien sicher aufbewahrt werden können ohne das System zu kontaminieren. Außerdem kann so auf weitere externe Abfallreservoire verzichtet werden und, bei einer Ausführung als Einwegartikel, eine einfache und sichere Entsorgung mitsamt der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgenommen werden. Falls die Vorrichtung mehr als einen Hohlraum aufweist, können beliebig viele von ihnen als Abfallreservoir dienen. In diesem Fall ist es auch möglich, dass die Vorrichtung einen zunächst nicht mit Flüssigkeit gefüllten Hohlraum umfasst, der später als Abfallreservoir dient.
-
In den meisten Fällen wird der zunächst mit Reagenzien, Probe oder Lösungsmittel gefüllte Hohlraum erst als Abfallreservoir dienen, wenn das Fluid nach dem Herstellen der Verbindung zum mikrofluidischen System aus dem Hohlraum entwichen ist. Es ist jedoch auch denkbar, dass das im Hohlraum befindliche Fluid spezielle Eigenschaften aufweist, die für die Verwendung des Hohlraums als Abfallreservoir entscheidend sind, z. B. ein Desinfektionsmittel. Sofern der Hohlraum von vornherein als Abfallreservoir genutzt wird, kann das Abfallreservoir in einer bevorzugten Ausführungsform ein Absorptionsmaterial, vorzugsweise einen Superabsorber bzw. superabsorbierende Partikel oder Fasern, enthalten, so dass beim Rückfluss von Abfallfluid nichts aus der Vorrichtung entweichen kann. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die Vorrichtung bei der Anwendung senkrecht ausgerichtet ist und das Abfallreservoir von unten befüllt wird.
-
In einer Ausführungsform weist der mindestens eine Hohlraum eine Entlüftungsöffnung, vorzugsweise einen Entlüftungskanal, auf. Dadurch kann beim Entleeren des Fluids aus dem Hohlraum Luft nachströmen und umgekehrt beim Befüllen des Hohlraums die darin enthaltene Luft oder andere Gase entweichen. Während der Lagerung der Vorrichtung ist die Entlüftungsöffnung jedoch geschlossen, so dass kein Fluid entweichen kann oder Kontaminationen von Außen eindringen können. Im einfachsten Fall besteht diese Entlüftungsöffnung nur aus aufeinanderliegenden, in diesem Bereich nicht verschweißten, Folienbereichen. Solange die Vorrichtung senkrecht gehalten wird, kann durch den zwischenliegenden Spalt Luft austreten, Fluide jedoch nicht. So wird auch die Kontamination weiterer Systemkomponenten wie des Laborgeräts oder Verbindungsschläuchen vermieden.
-
In einer weiteren Ausführungsform wird der kapillare Entlüftungskanal nach dem Befüllen des Hohlraums verschlossen, z. B. durch Verschweißen, Zusammenklemmen oder mit einer Klebefolie, so dass ein Austreten bzw. eine Kontamination der Flüssigkeit während der Lagerung und im Betrieb besonders sicher vermieden wird.
-
In einer weiteren Ausführungsform wird die Entlüftungsöffnung durch einen Dichtkonus verschlossen. In diesem Fall wird durch das Öffnen des Dichtkonus eine fluidmäßige Verbindung zum mikrofluidischen System hergestellt und die Belüftung erfolgt durch das mikrofluidische System hindurch. Auch diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass ein Austreten bzw. eine Kontamination der Flüssigkeit während der Lagerung besonders sicher vermieden wird. Zusätzlich hat diese Ausführungsform den Vorteil, dass die Belüftungsöffnung gleichzeitig mit den übrigen fluidischen Verbindungen geöffnet werden kann, wodurch die Handhabung vereinfacht wird.
-
Es ist auch denkbar, dass die Vorrichtung einen oder mehrere als Blister ausgestaltete Hohlräume aufweist, de keine Entlüftungsöffnungen benötigen und daneben einen oder mehrere Hohlräume umfasst, die nicht als Blister ausgestaltet sind und gegebenenfalls Entlüftungsöffnungen benötigen, falls sie z. B. als Abfallreservoir dienen.
-
In einer weiteren Ausführungsform weist der mindestens eine Hohlraum der Vorrichtung eine Befüllöffnung, vorzugsweise einen trichterförmigen Befüllstutzen, auf. Über die Befüllöffnung kann der Anwender z. B. die zu untersuchende Probe einfüllen, während z. B. weitere Hohlräume ohne Befüllöffnung bereits vorgelegte Reagenzien enthalten. Bei diagnostischen Untersuchungen sind als Probe z. B. Blut, Sputum, Urin, Plasma, Serum, Waschlösungen oder Sekrete möglich. Die Probe kann mit Hilfe von Spritzen oder Mikropipetten in die Befüllöffnung gegeben werden. Befüll- und Entlüftungsöffnungen werden anschließend verschlossen. Dazu werden vorzugsweise automatische Verschweißeinrichtungen, Stöpsel, Siegel, Klemmen oder Klebefolien verwendet.
-
Der Begriff „Dichtkonus” bezeichnet im Folgenden eine Komponente, über die eine fluidische Verbindung zwischen dem mindestens einen Hohlraum und dem mikrofluidischen System herstellbar ist. Darüber hinaus dient der Dichtkonus zum Verschließen des mindestens einen Hohlraums. Generell kann der Hohlraum an anderen Stellen auch durch weitere Einrichtungen, z. B. Deckel oder ähnliches, verschlossen werden. In der einfachsten Ausführung findet jedoch sowohl das Befüllen als auch das Entleeren des Hohlraums nur über den Dichtkonus statt. Die hermetisch abgeschlossene Bevorratung erfolgt also nur über das Schließen und Öffnen des Dichtkonus. In Abhängigkeit von der fluidischen Funktionalität und der Anzahl der Hohlräume weist die Vorrichtung auch mehrere Dichtkonen auf.
-
Durch das Öffnen des Dichtkonus wird eine fluidische Verbindung zwischen dem mindestens einen Hohlraum der Vorrichtung und einem mikrofluidischen System geschaffen, so dass der Durchtritt von Flüssigkeit ermöglicht wird. Die Verbindung ist gleichzeitig fluiddicht, d. h. es ist kein ungewolltes Austreten von Flüssigkeit aus der Verbindung zwischen dem Hohlraum und dem mikrofluidischen System möglich.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Dichtkonus mindestens eine der folgenden Komponenten, über die eine Verbindung zwischen dem Dichtkonus und dem mikrofluidischen System herstellbar ist: Sollbruchstelle, Pin, Elastomerdichtung und/oder Folie.
-
Der Begriff Sollbruchstelle bezeichnet im Folgenden ein Sicherungselement, das so konstruiert ist, dass es bei mechanischer Belastung gezielt bricht und so eine Verbindung hergestellt wird. Durch die Verwendung eines Pins, insbesondere in Kombination mit einer Sollbruchstelle, wird durch das Eindrücken des Pins solange gezielt Druck auf den Dichtkonus ausgeübt, bis dieser nachgibt und eine Verbindung zwischen der Vorrichtung und dem mikrofluidischen System freigegeben wird. Alternativ kann der Pin auch in das mikrofluidische System integriert sein und ähnlich einem Schlüssel durch das Andrücken bzw. Anpressen der Vorrichtung an das mikrofluidische System zum Öffnen des Dichtkonus führen. Bei einer Elastomerdichtung handelt es sich um elastisch verformbare Kunststoffdichtungen, die sich bei Zug- und Druckbelastung elastisch verformen und bei Nachlassen der Belastung in ihre ursprüngliche Form zurückgehen. Konkret kann die Elastomerdichtung als Dichtfolie ausgeführt sein. Diese hat den Vorteil, dass sie sich nach Herstellen der Verbindung zu einem Kanal des mikrofluidischen Systems wieder verschließt, sobald die Vorrichtung von dem mikrofluidischen System getrennt wird.
-
Der Dichtkonus kann verschiedenste Formen aufweisen. Beispielsweise richten sich die Formen des Dichtkonus nach der Form der Anschlussstelle des mikrofluidischen Systems, um eine möglichst dichte Verbindung zwischen der Vorrichtung und dem mikrofluidischen System zu gewährleisten. Dabei passt der Dichtkonus vorzugsweise einem Schlüssel gleich in die Anschlussstelle des mikrofluidischen Systems, die das dazugehörige Schloss bildet.
-
Beim Öffnen der Dichtkonen ist es möglich, dass durch Druck auf einen Punkt mehrere Dichtkonen gleichzeitig geöffnet werden, z. B. wenn diese übereinander liegen oder sequenziell miteinander verbunden sind und über einen Druckpunkt geöffnet werden. Umgekehrt ist es möglich, dass durch Druck auf einen Dichtkonus Flüssigkeit aus mehreren Hohlräume treten kann, da alle Hohlräume von demselben Dichtkonus verschlossen werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn Fluide aus unterschiedlichen Hohlräumen, z. B. Probe und Pufferlösung, miteinander vermischt werden sollen. In einer anderen Variante ist durch sequenzielles Drücken mehrerer Dichtkonen das Öffnen mehrerer Hohlräume nacheinander möglich.
-
In einer besonderen Ausführungsform weist die Vorrichtung mehrere Hohlräume auf, die wie auf einer Lochkarte angeordnet sind. So kann z. B. eine Rolle, die über die Vorrichtung fährt, die Hohlräume in einer vorher festgelegten Reihenfolge auspressen. Die verfahrbare Rolle ähnelt daher einer Schlauchpumpe. Durch die Geschwindigkeit der Rolle und den Querschnitt der Hohlräume in der Vorrichtung kann außerdem der Volumenstrom im mikrofluidischen System gesteuert werden.
-
Es ist jedoch auch möglich, dass im Hohlraum ein leichter Überdruck herrscht. Dies hat den Vorteil, dass die Flüssigkeit nach Herstellen einer Verbindung zum mikrofluidischen System über den Dichtkonus den Hohlraum schneller verlässt und kein zusätzlicher Druck auf den Hohlraum ausgeübt werden muss.
-
Selbstverständlich kann man diese verschiedenen Möglichkeiten auch beliebig kombinieren.
-
Durch die Verwendung eines Dichtkonus hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung eine sicherere Lagerung der Fluide sowie eine einfachere Handhabung gewährleistet, da auf sehr druckempfindliche Verbindungsmaterialien wie dünne Folien und je nach Ausführung gegebenenfalls auch auf die Verwendung von Nadeln oder Dornen etc. zum Öffnen des Dichtkonus verzichtet werden kann. Darüber hinaus werden weniger Komponenten verwendet, als es bei den derzeit bekannten Vorrichtungen der Fall ist. Ferner dient der Dichtkonus als Justierungshilfe beim Einlegen bzw. Anordnen der Vorrichtung an einem mikrofluidischen System, da der Dichtkonus passgenau in das System eingefügt wird.
-
Die Vorrichtung wird bis zur Verwendung der Flüssigkeit zusammen mit dem oder getrennt vom mikrofluidischen System gelagert. Sofern die Vorrichtung zusammen mit dem mikrofluidischen System gelagert wird, ist diese bereits an dem mikrofluidischen System angeordnet und mit diesem fest und irreversibel, ggf. auch flexibel mit einem dazwischen liegenden Spielraum, verbunden. Für das Herstellen der Verbindung sind verschiedene Techniken denkbar, beispielsweise durch Verschweißen, Kleben, Laminieren, mit doppelseitigem Klebeband oder Verkleben mit Zwischenlagen aus elastischen Materialien, z. B. Schaumgummi oder einem Elastomer. Auch in diesem Fall ist die Flüssigkeit in der Vorrichtung aber immer noch durch den Dichtkonus vom mikrofluidischen System getrennt, welcher erst im Betrieb geöffnet wird. Unter einer getrennten Lagerung wird die vom mikrofluidischen System separate Aufbewahrung der Vorrichtung verstanden, so z. B. als getrennter Bestandteil eines Kits. In diesem Fall werden die beiden Komponenten unmittelbar vor bzw. beim Einlegen in das Laborgerät verbunden, z. B. durch Kleben, Klemmen oder Aufeinanderlegen.
-
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der zuvor beschriebenen Vorrichtung in einem mikrofluidischen System. Dabei weist die Verwendung folgende Schritte aus:
- a) Bereitstellen einer Vorrichtung wie zuvor beschrieben
- b) Befüllen des mindestens einen Hohlraums mit einem Fluid,
- c) Verschließen des mindestens einen Hohlraums, und
- d) Herstellen einer fluidischen Verbindung zwischen der Vorrichtung und dem mikrofluidischen System über den Dichtkonus der Vorrichtung.
-
Wie bereits zuvor beschrieben, wird eine entsprechende Vorrichtung zur Bevorratung von Flüssigkeiten bereitgestellt und befüllt. Schritt b) kann sich dabei z. B. im Hinblick auf Reagenzien direkt an die Fertigung der Vorrichtung anschließen, oder aber zumindest teilweise, z. B. im Hinblick auf die zu analysierende Probe, vom Anwender selbst durchgeführt werden. In gleicher Weise trifft dies auf Schritt c) zu.
-
Im Schritt d) wird über das Öffnen des Dichtkonus eine Verbindung zwischen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem mikrofluidischen System hergestellt. Dabei kann der Dichtkonus z. B. durch manuelles Aufeinanderlegen der Vorrichtung und des mikrofluidischen Systems und anschließendes Zusammendrücken geöffnet werden, so dass beim Zusammendrücken ein Öffnen der Vorrichtung erfolgt. Alternativ erfolgt das Öffnen als automatisierter Schritt und wird entsprechend innerhalb eines Laborgeräts automatisch durchgeführt. Alternativ kann beim Aufeinanderlegen der Vorrichtung und des mikrofluidischen Systems ein Einrasten erfolgen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Dichtkonus in Schritt d) durch Andrücken gegen einen mechanischen Widerstand am mikrofluidischen System, oder mit Hilfe eines Dorns oder einer Nadel im mikrofluidischen System geöffnet. Alternativ kann der Dorn oder die Nadel auch in die Vorrichtung zur Bevorratung der Flüssigkeiten integriert sein. Sofern Schritt d) automatisiert ist, kann das Öffnen vom Laborgerät durchgeführt werden, indem das Andrücken durch einen mechanischen Aktuator, z. B. einen elektrischen oder pneumatischen Linearaktuator, vorgenommen wird.
-
Bevorzugte Ausführungsformen an Nadeln weisen an der Spitze eine Kerbe, ein Loch mit Querbohrung oder Öffnungen auf, die sicherstellen, dass in der durchstochenen Öffnung des Dichtkonus eine für die Flüssigkeit freie Öffnung verbleibt. Gleichzeitig muss die Nadel jedoch so ausgeführt sein, dass eine sichere Dichtung zwischen Nadel und mikrofluidischem System beziehungsweise Nadel und Vorrichtung entsteht, vergleichbar mit einer Abdichtung durch ein Septum. Vorzugsweise ist die mindestens eine Nadel oder der mindestens eine Dorn so angeordnet, dass es zu keiner frühzeitigen Öffnung des Dichtkonus während der gemeinsamen Lagerung der Vorrichtung mit dem mikrofluidischen System kommen kann. Dies wird beispielsweise durch eine separate Lagerung der Nadel erreicht. Die Anordnung der Nadel oder des Dorns am mikrofluidischen System oder alternativ an der Vorrichtung selbst erfolgt selbstverständlich so, dass für den Anwender keine Verletzungsgefahr besteht.
-
In einer weiteren Ausführungsform weist das mikrofluidische System eine elastomere Dichtungsmembran auf, die zusammen mit dem Dichtkonus der Vorrichtung in Schritt d) zur Herstellung der fluidischen Verbindung geöffnet wird. Die Elastomer-Dichtung liegt in der Regel an der dem Dichtkonus gegenüberliegenden Seite des mikrofluidischen Systems.
-
In jedem Fall ermöglicht die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung das kontrollierte Hinzufügen von bevorrateter Flüssigkeit zu einem mikrofluidischen System. Außerdem ist eine genaue Kontrolle der dem System zugeführten Flüssigkeitsvolumina von bis zu mehreren Millilitern möglich. Hierzu wird nach Herstellen der Verbindung zum mikrofluidischen System die gesamte im Hohlraum der Vorrichtung bevorratete Flüssigkeit an das mikrofluidischen Systems abgegeben. Dadurch wird gewährleistet, dass eine im Voraus festgelegte Menge an Flüssigkeit in das mikrofluidische System abgegeben wird.
-
Die Flüssigkeit gelangt in der Regel durch Schwerkraft, Kapillarkräfte und/oder leichten Überdruck im Hohlraum in das mikrofluidische System. Alternativ oder zusätzlich ist ein manuelles oder mechanisches Auspressen, insbesondere bei einer Blisterstruktur der Vorrichtung, möglich. Im einfachsten Fall ist der Hohlraum der Vorrichtung über einem Kanal des mikrofluidischen Systems angeordnet, so dass die Flüssigkeit nach Herstellen der Verbindung zum mikrofluidischen System durch Schwerkraft in den Kanal gelangt. Alternativ kann über einen im Laborgerät enthaltenen mechanischen Aktuator, z. B. einen elektrischen oder pneumatischen Linearaktuator, ein Druck auf den Hohlraum ausgeübt werden. Als weitere Alternative kann, insbesondere bei Verwendung einer Blisterstruktur, ein pneumatischer Überdruck an die gesamte Außenseite der Vorrichtung angelegt werden. In einer weiteren Variante befindet sich im Inneren des mikrofluidischen Systems eine Pumpe, z. B. eine peristaltische Pumpe, die das Fluid aus dem Hohlraum ansaugt.
-
Zeichnungen
-
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens werden durch die Abbildungen und Ausführungsbeispiele veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Abbildungen und Ausführungsbeispiele nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
1 zeigt schematisch verschiedene Ausführungsformen des Dichtkonus 101a–101g.
-
2A zeigt schematisch einen Dichtkonus 201, der eine Sollbruchstelle 202 und einen Pin 203 umfasst.
-
2B zeigt schematisch neben dem Dichtkonus 201, der eine Sollbruchstelle 202 und einen Pin 203 umfasst, ein mikrofluidisches System 205, das eine Dichtfolie 206 und einen Kanal 207 aufweist. Der Dichtkonus 201 ist bereits an dem mikrofluidischen Systems 205 angeordnet. Es ist dargestellt, wie bei Ausübung einer Kraft – angedeutet durch den Pfeil 204 – auf den Dichtkonus 201 die Sollbruchstelle 202 durch den Pin 203, der an die Folie 206 stößt, eingedrückt wird, so dass über den Dichtkonus eine Verbindung zu dem Kanal 207 des mikrofluidischen Systems 205 hergestellt wird.
-
3A zeigt schematisch einen Vorrichtung 300 zur Bevorratung von Flüssigkeiten für ein mikrofluidisches System 303, aufweisend einen mit Flüssigkeit gefüllten Hohlraum 302, hier als Kanal ausgestaltet, und einen Dichtkonus 301, über den eine Verbindung zu einem Kanal 305 des mikrofluidischen Systems 303 herstellbar ist und der den Hohlraum 302 verschließt. Das mikrofluidischen System 303 umfasst eine Dichtfolie 304. In diesem Beispiel wird die Vorrichtung 300 zusammen mit dem mikrofluidischen System 303 gelagert, somit liegt ein sogenannter Mehrschichtaufbau vor. Nicht gezeigt ist, dass in diesem Beispiel der als Kanal ausgestaltete, mit Flüssigkeit gefüllte Hohlraum 302 an seinem konusabgewandten Ende ebenfalls verschlossen ist.
-
3B zeigt schematisch, wie durch Ausüben einer Kraft 306, entweder auf die Vorrichtung 300, oder auf das mikrofluidische System 303, oder auf beide, der Dichtkonus 301 geöffnet wird und so eine Verbindung zu dem Kanal 305 des mikrofluidischen Systems 303 hergestellt wird.
-
4A zeigt schematisch drei Ansichten derselben Vorrichtung 400. Die Vorrichtung umfasst drei Dichtkonen 401 sowie drei als Blister ausgestaltete Hohlräume 402, 403 und 404. Hohlraum 403 dient als Reagenzienreservoir. Bei Hohlraum 402 handelt es sich um ein Probenreservoir und bei Hohlraum 404 um ein Abfallreservoir. Über die Dichtkonen 401 ist eine Verbindung zu einem nicht gezeigten mikrofluidischen System herstellbar.
-
4B zeigt eine schematische Ansicht der Unterseite der Vorrichtung 400 aus 4A, bei der die Flüssigkeit in Richtung der Schwerkraft von der Vorrichtung in das nicht gezeigte mikrofluidischen System gelangt. An dieser Darstellung lässt sich erkennen, dass die Vorrichtung neben den drei Dichtkonen 401 und den drei als Blister ausgestaltete Hohlräume 402, 403 und 404 einen Entlüftungskanal 405 und einen Kanal zum Befüllen 407 umfasst. Zudem ist die Verbindung zu Hohlraum 403 durch eine Quetschschweißung 406 versiegelt. Ferner ist zu erkennen, dass der Kanal 407 zum Befüllen des Probenreservoirs 402 durch einen Stöpsel 408 verschlossen ist. Dieser ermöglicht es das Reservoir mit einer Probe zu befüllen und hermetisch zu verschließen, bevor die Vorrichtung am nicht gezeigten mikrofluidischen System angeordnet wird.
-
5A zeigt schematisch eine Nadel 501 mit einer V-Kerbe 502.
-
5B zeigt schematisch eine Hohlnadel 503 mit einer Querbohrung 504.
-
Diese Arten von Nadeln können beispielsweise benutzt werden, um den Dichtkonus zu durchstoßen und eine Verbindung zwischen dem mindestens einen Hohlraum der Vorrichtung und dem mindestens einen Kanal des mikrofluidischen Systems herzustellen.
-
6A zeigt schematisch eine Vorrichtung 600 umfassend einen Dichtkonus 601 und einen mit Flüssigkeit gefüllten Hohlraum 602, sowie ein mikrofluidisches System 603 aufweisend einen Kanal 604 und eine Elastomerdichtung 605, hier eine Elastomermembran. Ferner ist eine Nadel 606 mit V-Kerbe gezeigt, die getrennt von der Vorrichtung gelagert wurde.
-
6B ist schematisch gezeigt, wie die Nadel 606 mit V-Kerbe den Dichtkonus 601 durchstochen hat und somit über den Dichtkonus 601 eine fluidische Verbindung zwischen dem mit Flüssigkeit gefüllten Hohlraum 602 und dem Kanal 604 des mikrofluidisches Systems 603 hergestellt wurde. Die Flüssigkeit wird nun mit Hilfe einer Kraft (angedeutet durch den Blockpfeil), die z. B. durch einen Stempel 607 ausgeübt wird, aus dem Hohlraum 602 gedrückt.
-
7 zeigt schematisch ein mikrofluidisches System 701 umfassend eine Dichtfolie 702, einen Kanal 703 sowie eine Nadel 704 mit Hinterschnitt. Die Nadel mit Hinterschnitt durchsticht den Dichtkonus 705 der Vorrichtung, wenn diese am mikrofluidisches System 701 angeordnet wird.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2006053588 [0003]
- WO 2008076395 [0004]