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WO2008128534A1 - Cuvette for optical analysis of small volumes - Google Patents

Cuvette for optical analysis of small volumes Download PDF

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WO2008128534A1
WO2008128534A1 PCT/DE2008/000716 DE2008000716W WO2008128534A1 WO 2008128534 A1 WO2008128534 A1 WO 2008128534A1 DE 2008000716 W DE2008000716 W DE 2008000716W WO 2008128534 A1 WO2008128534 A1 WO 2008128534A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cuvette
channel
carrier substrate
structured carrier
optical analysis
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/DE2008/000716
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German (de)
French (fr)
Inventor
Claudia Gärtner
Jens Aurich
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MICROFLUIDIC CHIPSHOP GmbH
Analytik Jena GmbH and Co KG
Original Assignee
MICROFLUIDIC CHIPSHOP GmbH
Analytik Jena GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MICROFLUIDIC CHIPSHOP GmbH, Analytik Jena GmbH and Co KG filed Critical MICROFLUIDIC CHIPSHOP GmbH
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Ceased legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a cuvette for the optical analysis of small volumes.
  • the disadvantage of this system is that it is a glass cuvette that has to be produced in a costly manner by glass structuring and joining of glass elements.
  • the measuring range of the known cuvettes is almost exclusively limited to one layer thickness except for the cuvette of Eppendorf called "UVette", which realizes two thicknesses.Therefore dilutions outside the cuvette and a new measurement are necessary for the acquisition of further measuring ranges.
  • Another disadvantage is that when measuring several samples, the cuvette must be replaced or cleaned.
  • none of the cuvettes is suitable for a simple, space-saving storage.
  • DE 197 07 044 A1 discloses a micromechanical transmission cell for determining an optical absorption of a sample fluid or as a reactor for exporting an optically detectable chemical reaction.
  • the micromechanical transmission cell has a container for holding the sample fluid, a Licht barnlassöffhung for introducing the light into the container and a reflector device which directs the light with respect to the container, that a large part of the light passes through the container without multiple reflections on one of the container walls.
  • a microfluidic module for chemical analysis in which a rapid sample change and thus inexpensive investigations of fast-running processes time-resolved and with small time constants is made possible and optionally at the same time allows the possibility of performing a scanning calorimetry, wherein the microfluidic module of a first chip, in which an outstretched channel region with a Y-shaped branched input region, to which two input channels connect, is introduced and the first chip is connected to a second chip covering, which is provided on the channel side with at least one thermosensitive thin-film element consists.
  • the disclosed systems are not an easy-to-use measuring device, such as a cuvette. Furthermore, the systems are not suitable for measuring different volumes of liquid or in different layer thicknesses.
  • the object of the present invention is to provide a cuvette for small volumes, which has the disadvantages of the prior art prevents, in particular directly in a system, only by supplying additional samples, measurements allows.
  • the present invention is a chip cuvette for small volume optical analysis.
  • the chip cuvette has a flat, planar shape, which is characterized in that it has a minimum layer of cuvette material when used as intended in a measuring channel at the measuring points.
  • the influence of the cuvette material itself is minimized to the measurement.
  • This thin cuvette material which is preferably in the form of films, overcomes the disadvantages of conventional cuvettes known hitherto and enables measurements even in the VUV range, even in the case where the cuvette material is a plastic polymer.
  • the chip cuvette according to the invention is characterized in that it is made up of at least two, preferably three layers, wherein at least one layer is optically transparent. All embodiments have in common that they consist of a structured layer (carrier substrate) with channels or through-holes, which is closed at least from one side, but particularly advantageously both sides with a thin, optically transparent film.
  • a structured layer carrier substrate
  • channels or through-holes which is closed at least from one side, but particularly advantageously both sides with a thin, optically transparent film.
  • the structured layer (carrier substrate) and the one film side may be formed in one piece.
  • the channel system in the structured layer serves to supply the sample to the actual, in the structured layer (Carrier substrate) located measuring cell, as a reservoir and as a reaction vessel, where it structurally passes into the measuring cell.
  • the carrier substrate may also have through holes connected to channels extending in the one outer layer and the two outer layers, respectively.
  • connection of the channel structures to the outside is realized by at least two fluidic interfaces and is used for filling with sample or for taking sample.
  • connections are designed in one embodiment of the chip cuvette according to the invention as a simple or conical through holes.
  • the chip cuvette is thereby unproblematic to handle since different pipettes can be used to fill the channel structures via the connections.
  • the automatic filling of the channel structures via the connections for example, with pipetting robots is possible.
  • the terminals of the channel structures can be used in a differently shaped fluid connection form, such as, for example, in the form of olives, lures or miniaturized Luer-like connections.
  • any evaporation problems that occur can be avoided according to the invention simply by covering or masking the Einfullöffhungen the structured layer (carrier substrate), for example. With a film.
  • the materials used for the chip cuvette according to the invention are a wide variety of plastic polymers, preferably transparent ones Polymers with low optical interferences such as COC, COP, PMMA, PC, etc., but also glass, quartz glass or other crystalline or amorphous materials in combination with thin glass, quartz or other transparent crystalline disks as a lid for use. That is, the chip cuvette may consist exclusively of a plastic, of different plastics or of one of the abovementioned non-plastic materials, which may also be combined with one another, or hybrid constructions of plastics and non-plastics (for example a combination of glass-plastic, Glass - plastic - glass, glass - plastic - glass plus additional connecting layer etc.).
  • Expansion stages of this platform include the integration of mixers in front of the measuring channels as well as the integration of distribution systems (channel systems) on the chip, in order to carry a sample to different measuring points in which, if necessary, reactions to be tracked can also take place due to the reagents provided.
  • Integrated mixers for creating dilution series are another option for enabling very different measuring ranges, even for the simultaneous acquisition of multiple analytes.
  • the input and output of light can be optimally designed, the scattered light significantly reduced and thus also sensitive fluorescence measurements are possible.
  • the chip cuvette in its design as a flat cuvette with several channel systems accommodates different samples or sample series and thus offers the possibility of a very simple and space-saving later storage. Possibly.
  • the chip cuvettes can also be frozen and thus made accessible to later analyzes. For archiving, labeling is possible via permanent markers as well as barcodes or RFID tags.
  • the channels of the chip cuvette according to the invention can, for example, be designed such that, with the same measuring arrangement, measurements can be carried out simultaneously or successively in different measuring ranges.
  • An embodiment of the chip cuvette according to the invention may, for example, be designed in such a way that a small channel is arranged on one side and a larger channel on the other side of the carrier substrate and the ends of which are connected by a hole or collide at the ends by their depths and so already make a breakthrough.
  • the chip cuvette may be provided with a depression above the channel to minimize the material thickness between sample and excitation light source as well as detector.
  • the chip cuvette can have a three-layer structure in which the connection of the small measuring volume with the large measuring volume is realized by a small through-channel or a small through-hole in the chip.
  • the inputs and outputs of the respective measuring elements can have different fluidic interfaces, for example bores with different diameters, in order to realize different possibilities of fluid supply (eg in order to inject or remove samples with different sized pipette tips.
  • interfaces can be designed in the form of conical inlet and outlet nozzles, which can be designed differently in order to be able to use the widest possible spectrum of different pipette tips with the chip cuvette.
  • the conical inlet nozzle according to the invention ensure a good seal against pipette tips and at the same time prevent closing of the channel by the pipette tip.
  • the fluidic interfaces may be provided with sealing rings to allow a good seal, for example. With respect to a fluidic equipment connection.
  • these directly integrated seals a liquid and / or gas-tight termination of the chip cell to other components, such as. A control gear, can be realized.
  • numerous, preferably parallel, channels can be provided for the measurement of different samples, which can be assigned to a measuring unit. Through different channel widths different measurement volumes can be realized.
  • the chip cuvette may have the format of a slide, possibly with a smaller or larger thickness, wherein the fluidic interfaces are arranged such that they can be filled with common pipetting robots, i. have the well spacing of microtiter plates (18 mm, 9 mm, 4.5 mm, 2.25 mm ).
  • the chip cuvette may also have the format of a titer plate, wherein the fluidic interfaces are arranged such that they are common Pipetting robots can be filled, ie the well spacing of microtiter plates (18 mm, 9 mm, 4.5 mm, 2.25 mm ...) have.
  • the chip cuvette according to the invention can be provided with integrated optical elements for the use of total reflection, in order to obtain the longest possible optical path through the channel or to enable coupling and / or decoupling of the light.
  • the chip cuvette according to the invention can be designed with different measuring elements, for example different volumes, channel geometries, etc., in order to be able to measure various analytical tasks with a sample on the chip.
  • the carrier substrate can be sealed after infestation with a foil (for example self-adhesive, self-adhesive or tight-fitting foil or aluminum foil) or a plane-lying or geometrically adapted cover, in order, for example, to be able to carry out long-term measurements without evaporation effects.
  • a foil for example self-adhesive, self-adhesive or tight-fitting foil or aluminum foil
  • a plane-lying or geometrically adapted cover in order, for example, to be able to carry out long-term measurements without evaporation effects.
  • the chip cuvette according to the invention may, for example, be widened by a mixer which is integrated in the channel within the carrier substrate in order to mix certain substances before the measurement or to dilute certain substances on the chip cuvette either simultaneously or in one or more dilution stages offset to be able to measure.
  • the chip cuvettes according to the invention may also have a distribution system (channel system) in order to guide the sample to different measuring points in which, if appropriate, reactions can be carried out and monitored by reagents presented.
  • a distribution system channel system
  • the chip cuvette is a robust and inexpensive measuring means. Designed as a disposable component, the chip cuvette according to the invention, as well as commercially available disposable plastic cuvettes, has no contamination problems.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a first embodiment of the cuvette according to the invention
  • Fig. Ia is a longitudinal section through the cuvette of FIG. 1,
  • FIG. 2 is a schematic representation of a second embodiment of the cuvette according to the invention.
  • FIG. 3 is a schematic representation of a third embodiment of the cuvette according to the invention.
  • 3a shows a longitudinal section through the cuvette of FIG. 3,
  • FIG. 3b shows a cross section through the deep measuring chamber of the chip cuvette according to FIG. 3 with representation of the measuring light geometry
  • FIG. 3c shows a cross section through the flat measuring chamber of the chip cuvette according to FIG. 3 with representation of the measuring light geometry.
  • FIGS. 1 to 3 consist of a series of channels which are introduced at a spacing of 4.5 mm corresponding to the grid dimension of a 384er titer plate into a flat carrier substrate (1), which has a cover film (2, 3) along the open channel course ) are closed.
  • this version can accommodate a maximum of 14 - 16 channels.
  • the channels are numbered with numbers.
  • larger chip board formats with multi-row arrangement of the channels are possible.
  • Glass, quartz or polymers are used as carrier and film material, which have good transparency with regard to their spectroscopic properties for the UV-VIS range.
  • the polymers are at present special TOPAS ® COC types show a high transparency up to the UV-range, the drawn films exhibit compared to the granule again shifted in the UV region absorption edge and are therefore preferably selected.
  • This polymer material also shows good chemical resistance to a number of frequently used in the analysis of solvents such as dilute mineral acids but also organic solvents such as ethanol, acetonitrile or dimethyl sulfoxide.
  • the channel sections (10) located in front of and between the two measuring chambers are likewise very shallow and serve as an evaporation barrier.
  • the channel sections (10) have the same depth as the flat measuring chamber, which results on the one hand from the selected thickness of the chip carrier and on the other hand manufacturing advantage.
  • the maximum layer thickness is selected 1 mm and for the small layer thickness a measuring channel height of 0.1, which corresponds to exactly one order of magnitude. This is advantageous for the user because of the easy conversion (factor 10) and, in terms of the small layer thickness, is within a good tolerance range in terms of production.
  • the channel shape is trapezoidal in the beam direction both along (Fig. 1a, 2a, 3a) and transversely (Fig. 3b, c) and thus adapted to the opening angle of the measuring beam (17).
  • the ratio of measuring chamber length to width is generally common elongated (rectangular) input gap of the spectral optical system adapted.
  • a channel width of 600 ⁇ m is determined as the optimum. This results in a necessary sample volume of 0.3 .mu.l for a filling from the side of the small measuring chamber and a necessary sample volume of 2 .mu.l for a filling from the side of the large measuring chamber.
  • the capacity with complete filling of the entire channel up to the channel openings is approx. 4 ⁇ l.
  • each channel is led upwards via cones (4, 5), which can be used as fluidic interfaces for commercial pipettes.
  • the tips used on the market for volumes of 0.1-200 ⁇ l can be divided into two size groups according to their suction conical shape, for each of which an optimized conical shape could be found.
  • the smaller cone is located on the side of the smaller measuring chamber and the larger one on the side of the large measuring chamber.
  • the chip design shown in FIG. 2 is provided. It consists of raised edge areas (11) at the ends of the channel where the cones (4, 5) are located. These serve to accommodate the funnel-shaped attachments (12) which adjoin the cones (4, 5) and compensate for the tolerances in the position of the tips of the multipipettes to each other when inserted into the sealing Koni (4, 5).
  • the channel design according to the invention shown in FIGS. 1 to 3 allows both a good filling and on the other hand has no air bubble formation during filling, since the air bubbles are reliably outside the measuring window.
  • the resulting very low surface roughness in the channels reliably prevents the formation of air bubbles at the Meßhuntstellen.
  • the material thickness is minimized by introducing a depression in the form of an optically polished measuring window (8).
  • a control gear notches are selected which are arranged on both longitudinal sides in each case centrally to the channel.
  • the design variant shown in FIG. 2 is designed for automated handling in an operating device with XY positioning device and orientation and orientation of the chip as well as the determination of the position by an automatic calibration.
  • a groove with a total reflection surface (13) is introduced next to each measuring chamber, as shown in FIGS. 3, 3a-c. This allows emission through a fiber light guide for the emission excitation light (14), lateral, 90 ° to the fiber optic of the transmission and emission detection system excitation of the emission, allowing a significant reduction of the excitation scattered light compared to a frontal excitation.
  • the optically flat surfaces of the depression (8) and of the film (3) likewise act as total reflection surfaces.

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Abstract

The aim of the invention is to provide a cuvette for small volumes avoiding the disadvantages of the prior art, particularly allowing measurements directly in a system simply by feeding further samples, and is achieved in that the cuvette for the optical analysis of small volumes comprises a structured layer (support substrate) having at least one channel, wherein at least the underside of the structured layer is closed by a thin, optically transparent layer and the channel has at least two fluid interfaces connected thereto to conduct fluids.

Description

P2435 Patent- und Rechtsanwälte Bock Bieber Donath, Hans-Knöll-Str. 1 , 07745 Jena P2435 Patent and Lawyers Bock Bieber Donath, Hans-Knöll-Str. 1, 07745 Jena

Küvette für die optische Analyse kleiner VoluminaCuvette for the optical analysis of small volumes

Die Erfindung betrifft eine Küvette für die optische Analyse kleiner Volumina.The invention relates to a cuvette for the optical analysis of small volumes.

Küvetten für die optische Analyse an sich sind seit Jahrzehnten bekannt. Diese sind als konventionelle Küvetten aus Glas oder Quarz, wie beispielsweise von den Firmen Hellma oder Starna angeboten, als auch Kunststoffküvetten, wie beispielsweise von den Firmen Eppendorf oder Brand, erhältlich.Cells for optical analysis per se have been known for decades. These are available as conventional cuvettes made of glass or quartz, such as those offered by the companies Hellma or Starna, as well as plastic cuvettes, such as those from Eppendorf or Brand.

Ein Nachteil dieser bekannten Küvetten besteht darin, dass dieA disadvantage of these known cuvettes is that the

Materialstärke nicht beliebig minimiert werden kann. D.h. Materialstärke dieser Küvetten ist deutlich dicker ist als die von dünnen Folien, so dass ein höheres und störendes Untergrundsignal bei deren bestimmungsgemäßen Verwendung entsteht. Dies ist insbesondere bei den als Einwegküvetten angebotenen Kunststoffsystemen problematisch, da gerade im UV-Bereich die Einsetzbarkeit auf den Wellenlängenbereich oberhalb 220 nm, z.T. weit oberhalb dieses Bereiches, eingeschränkt ist. Der zweite Nachteil der bekannten Küvetten besteht darin, dass deren Mess- Volumina relativ groß sind und als Messraum nur geometrisch einfache Strukturen realisierbar sind. D.h. unnötig große Volumina an Proben sind zur bestimmungsgemäßen Verwendung notwendig und die Realisierung unterschiedlicher Schichtdicken für die Messung ist nicht oder nur eingeschränkt realisierbar.Material thickness can not be minimized arbitrarily. That Material thickness of these cuvettes is significantly thicker than that of thin films, so that a higher and disturbing background signal arises when used as intended. This is particularly problematic in the case of the plastic systems offered as disposable cuvettes, since the applicability to the wavelength range above 220 nm, z.T. far above this range is limited. The second disadvantage of the known cuvettes is that their measuring volumes are relatively large and only geometrically simple structures can be realized as a measuring space. That unnecessarily large volumes of samples are necessary for the intended use and the realization of different layer thicknesses for the measurement is not or only partially realizable.

Auch bei Küvetten, die für kleinere Volumina eingesetzt werden können, sind die Volumina auf den Bereich oberhalb von 50 μl begrenzt. Eine Ausnahme stellt die Küvette der Firma Hellma mit dem Namen „TrayCell" dar, deren Messvolumen bei 0,7 - 4 μl bzw. 3 - 5 μl bei einer Schichtdicke von 0,2 bzw. 1 mm liegt.Even with cuvettes that can be used for smaller volumes, the volumes are limited to the range above 50 μl. An exception is the cuvette from Hellma with the name "TrayCell" whose measurement volume is 0.7 to 4 μl or 3 to 5 μl at a layer thickness of 0.2 or 1 mm.

Der Nachteil dieses Systems besteht darin, dass es sich um eine Glasküvette handelt, die fertigungstechnisch aufwändig durch Glasstrukturierung und Fügen von Glaselementen hergestellt werden muss. Der Messbereich der bekannten Küvetten ist fast ausschließlich, bis auf die Küvette der Eppendorf mit dem Namen „UVette" welche zwei Dicken realisiert, auf eine Schichtdicke begrenzt. Für die Erfassung weiterer Messbereiche sind somit Verdünnungen außerhalb der Küvette und eine neue Messung notwendig.The disadvantage of this system is that it is a glass cuvette that has to be produced in a costly manner by glass structuring and joining of glass elements. The measuring range of the known cuvettes is almost exclusively limited to one layer thickness except for the cuvette of Eppendorf called "UVette", which realizes two thicknesses.Therefore dilutions outside the cuvette and a new measurement are necessary for the acquisition of further measuring ranges.

Ein weiterer Nachteil ist, dass bei der Vermessung mehrerer Proben die Küvette ausgetauscht bzw. gereinigt werden muss.Another disadvantage is that when measuring several samples, the cuvette must be replaced or cleaned.

Ist eine Lagerung der vermessenen Proben gewünscht, eignet sich keine der Küvetten für eine einfache, Platz sparende Lagerung.If a storage of the measured samples is desired, none of the cuvettes is suitable for a simple, space-saving storage.

Die Schrift von D. Schepers, G. Schulze und W. Frenzel [„Spectrophotometric flow-through gas sensor for the determination of atmospheric nitrogen dioxide" (Analytika Chimica Acta 308 (1995) 109- 114] offenbart eine Mikrofluidmesszelle, insbesondere für Fotometer oder Spektrometer, die vorzugsweise schmalbandig arbeiten, beinhaltend miteinander flächig verbundene Wafer, in die Mikrokanäle derart eingebracht sind, dass in zumindest einem Bereich zwei Mikrokanalabschnitte parallel zueinander verlaufend angeordnet sind und diese durch eine, entsprechend einer zu analysierenden Substanz vorgebbar ausgewählten selektiven Membran voneinander räumlich getrennt sind, so dass eine Extraktionsstrecke gebildet ist, wobei in einem ersten Wafer wenigstens genannter erster Mikrokanalabschnitt sowie dessen Kanalenden erfassende Zu- und Abströmöffhungen oder Zu- und Abströmkanäle für die Durchleitung eines Analyten eingebracht sind, in einem zweiten Wafer wenigstens genannter zweiter Mikrokanalabschnitt sowie dessen Kanalenden erfassende Zu- und Abströmöffnungen oder Zu- und Abströmkanäle für die Durchleitung eines Extraktionsmittels (E) eingebracht sind, und wenigstens ein Wafer für einen zum Einsatz gelangenden Messlichtstrahl durchlässig oder mit einem dies gewährleistenden Fensterbereich versehen ist, wobei der Ein- und Austritt des Messlichtstrahls durch den als Extraktionskanal dienenden zweiten Mikrokanalabschnitt derart festgelegt ist, dass, in Abhängigkeit von der eingesetzten Strahlungsquelle (L), eine möglichst lange optische Messstrecke realisiert ist. Der Nachteil dieser Lösung ist, dass es sich bei dem offenbarten System nicht um eine einfach zu handhabende Messvorrichtung, wie einer Küvette handelt. Weiterhin ist das System nicht für die Messung unterschiedlicher Flüssigkeitsvolumina bzw. in unterschiedlichen Schichtdicken geeignet.The paper by D. Schepers, G. Schulze and W. Frenzel ["Spectrophotometric flow-through gas sensor for the determination of atmospheric nitrogen dioxide" (Analytika Chimica Acta 308 (1995) 109-114] discloses a microfluidic measuring cell, especially for photometer or Spectrometers which are preferably narrow-band, comprising wafer interconnected with each other, are introduced into the microchannels, that in two areas at least two microchannel sections are arranged parallel to each other and they are spatially separated from each other by a selectively selected according to a substance to be analyzed selected membrane , so that an extraction section is formed, wherein in a first wafer at least said first microchannel section and its channel ends detecting inlet and Abströmöffhungen or inlet and outlet channels are introduced for the passage of an analyte, in a second wafer least mentioned second Mikrok and at least one wafer for a measuring light beam used is permeable or provided with a window region which ensures this, and the inlet and outlet openings and inlet and outlet passages for the passage of an extractant (E) are introduced Exit of the measuring light beam is determined by the serving as an extraction channel second micro-channel portion such that, depending on the radiation source used (L), as long as possible optical measuring section is realized. The disadvantage of this solution is that the disclosed system is not an easy-to-use measuring device, such as a cuvette. Furthermore, the system is not suitable for measuring different liquid volumes or in different layer thicknesses.

Die DE 197 07 044 Al offenbart eine mikromechanische Transmissionszelle zur Bestimmung einer optischen Absorption eines Probenfluids oder als Reaktor zum Ausfuhren einer optisch erfassbaren chemischen Reaktion. Die mikromechanische Transmissionszelle weist einen Behälter zum Halten des Probenfluids, eine Lichtdurchlassöffhung zum Einführen des Lichts in den Behälter und eine Reflektoreinrichtung auf, die das Licht derart bezüglich des Behälters richtet, dass ein Großteil des Lichts den Behälter ohne Mehrfachreflexionen an einer der Behälterwände durchläuft.DE 197 07 044 A1 discloses a micromechanical transmission cell for determining an optical absorption of a sample fluid or as a reactor for exporting an optically detectable chemical reaction. The micromechanical transmission cell has a container for holding the sample fluid, a Lichtdurchlassöffhung for introducing the light into the container and a reflector device which directs the light with respect to the container, that a large part of the light passes through the container without multiple reflections on one of the container walls.

Aus DE 197 07 044 Cl ist ein Mikroflussmodul zur chemischen Analytik bekannt bei dem ein schneller Probenwechsel und damit preiswerte Untersuchungen schnell ablaufender Prozesse zeitaufgelöst sowie mit kleinen Zeitkonstanten ermöglicht wird und wahlweise zugleich die Möglichkeit der Durchfuhrung einer Scanning-Kalorimetrie ermöglicht, wobei das Mikroflussmodul aus einem ersten Chip, in den ein ausgestreckter Kanalbereich mit einem Y-formig verzweigtem Eingangsbereich, an den sich zwei Eingangskanäle anschließen, eingebracht ist und der erste Chip mit einem zweiten Chip abdeckend verbunden ist, der kanalseitig mit wenigstens einem thermosensitiven Dünnschichtelement versehen ist, besteht.From DE 197 07 044 C1 a microfluidic module for chemical analysis is known in which a rapid sample change and thus inexpensive investigations of fast-running processes time-resolved and with small time constants is made possible and optionally at the same time allows the possibility of performing a scanning calorimetry, wherein the microfluidic module of a first chip, in which an outstretched channel region with a Y-shaped branched input region, to which two input channels connect, is introduced and the first chip is connected to a second chip covering, which is provided on the channel side with at least one thermosensitive thin-film element consists.

Der Nachteil dieser Lösungen ist, dass es sich bei den offenbarten Systemen nicht um eine einfach zu handhabende Messvorrichtung, wie einer Küvette handelt. Weiterhin sind die Systeme nicht für die Messung unterschiedlicher Flüssigkeitsvolumina bzw. in unterschiedlichen Schichtdicken geeignet.The disadvantage of these solutions is that the disclosed systems are not an easy-to-use measuring device, such as a cuvette. Furthermore, the systems are not suitable for measuring different volumes of liquid or in different layer thicknesses.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Küvette für kleine Volumina anzugeben, die die Nachteile des Standes der Technik vermeidet, die insbesondere direkt in einem System, lediglich durch Zuführung weiterer Proben, Messungen ermöglicht.The object of the present invention is to provide a cuvette for small volumes, which has the disadvantages of the prior art prevents, in particular directly in a system, only by supplying additional samples, measurements allows.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachgeordneten Ansprüche erfasst.The object is solved by the characterizing features of the first claim. Advantageous embodiments are covered by the subordinate claims.

Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Chipküvette für die optische Analyse kleiner Volumina.The present invention is a chip cuvette for small volume optical analysis.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass die Chipküvette eine flache, planare Form hat, welche sich dadurch auszeichnet, dass sie bei ihrer bestimmungsgemäßen Verwendung in einem Messkanal an den Messpunkten eine minimale Schicht Küvettenmaterial besitzt. Dadurch wird der Einfluss des Küvettenmaterials an sich (bspw. durch Eigenfluoreszenz oder Eigenabsorption) auf die Messung minimiert. Die Nutzung dieses dünnen, vorzugsweise in Form von Folien ausgebildeten Küvettenmaterials überwindet die Nachteile der bisher bekannten, konventionellen Küvetten und ermöglicht Messungen sogar bis in den VUV-Bereich, sogar in dem Fall, dass das Küvettenmaterials ein Kunststoffpolymer ist.The essence of the invention is that the chip cuvette has a flat, planar shape, which is characterized in that it has a minimum layer of cuvette material when used as intended in a measuring channel at the measuring points. As a result, the influence of the cuvette material itself (for example, by autofluorescence or self-absorption) is minimized to the measurement. The use of this thin cuvette material, which is preferably in the form of films, overcomes the disadvantages of conventional cuvettes known hitherto and enables measurements even in the VUV range, even in the case where the cuvette material is a plastic polymer.

Vom Grundaufbau ist die erfindungsgemäße Chipküvette dadurch gekennzeichnet, dass sie aus mindestens zwei, vorzugsweise drei Schichten aufgebaut ist, wobei mindestens eine Schicht optisch durchlässig ist. Allen Ausführungsformen ist dabei gemeinsam, dass sie aus einer strukturierten Schicht (Trägersubstrat) mit Kanälen oder Durchgangslöchern bestehen, die mindestens von einer Seite, besonders vorteilhaft jedoch beiden Seiten mit dünner, optisch durchlässiger Folie verschlossen ist.From the basic structure of the chip cuvette according to the invention is characterized in that it is made up of at least two, preferably three layers, wherein at least one layer is optically transparent. All embodiments have in common that they consist of a structured layer (carrier substrate) with channels or through-holes, which is closed at least from one side, but particularly advantageously both sides with a thin, optically transparent film.

Als eine Ausführungsvariante können die strukturierte Schicht (Trägersubstrat) und die eine Folienseite einstückig ausgebildet sein.As an alternative embodiment, the structured layer (carrier substrate) and the one film side may be formed in one piece.

Das Kanalsystem in der strukturierten Schicht (Trägersubstrat) dient der Zuführung der Probe zur eigentlichen, in der strukturierten Schicht (Trägersubstrat) gelegenen Messzelle, als Reservoir und als Reaktionsgefäß, wobei es strukturell in die Messzelle übergeht.The channel system in the structured layer (carrier substrate) serves to supply the sample to the actual, in the structured layer (Carrier substrate) located measuring cell, as a reservoir and as a reaction vessel, where it structurally passes into the measuring cell.

Das Trägersubstrat kann auch Durchgangslöcher aufweisen, die mit Kanälen verbunden sind, die in der einen äußeren Schicht bzw. den beiden äußeren Schichten verlaufen.The carrier substrate may also have through holes connected to channels extending in the one outer layer and the two outer layers, respectively.

Durch die flache Bauweise, die bis in den Mikrometerbereich präzise Minimierung der Kanalstrukturen und die Reduzierung von unnötigen Totvolumina können vermittels der erfindungsgemäßen Chipküvette gegenüber den bekannten, kommerziellen Küvetten deutlich kleinere Volumina analysiert werdenDue to the flat construction, the precise minimization of the channel structures down to the micrometer range and the reduction of unnecessary dead volumes, significantly smaller volumes can be analyzed by means of the chip cuvette according to the invention compared to the known, commercial cuvettes

Der Anschluss der Kanalstrukturen nach Außen ist durch mindestens zwei fluidische Schnittstellen realisiert und dient zur Befüllung mit Probe oder zur Entnahme von Probe.The connection of the channel structures to the outside is realized by at least two fluidic interfaces and is used for filling with sample or for taking sample.

Diese Anschlüsse sind in einer Ausführung der erfindungsgemäßen Chipküvette als einfache oder konische Durchgangslöcher gestaltet. Die Chipküvette ist dadurch unproblematisch in der Handhabung, da verschiedene Pipetten zum Befullen der Kanalstrukturen über die Anschlüsse eingesetzt werden können. Weiterhin ist die automatische Befüllung der Kanalstrukturen über die Anschlüsse bspw. mit Pipettierrobotern möglich.These connections are designed in one embodiment of the chip cuvette according to the invention as a simple or conical through holes. The chip cuvette is thereby unproblematic to handle since different pipettes can be used to fill the channel structures via the connections. Furthermore, the automatic filling of the channel structures via the connections, for example, with pipetting robots is possible.

Alternativ dazu können die Anschlüsse der Kanalstrukturen in anders gestalteter Fluidanschluss-Form, wie bspw. in Form von Oliven, Luer oder miniaturisierten Luer-ähnlichen Anschlüssen zum Einsatz kommen.Alternatively, the terminals of the channel structures can be used in a differently shaped fluid connection form, such as, for example, in the form of olives, lures or miniaturized Luer-like connections.

Bei der bestimmungsgemäßen Verwendung ggf. auftretende Verdunstungsprobleme können gemäß der Erfindung einfach durch das Abdecken oder Abkleben der Einfullöffhungen der strukturierten Schicht (Trägersubstrat), bspw. mit einer Folie, vermieden werden.In the intended use, any evaporation problems that occur can be avoided according to the invention simply by covering or masking the Einfullöffhungen the structured layer (carrier substrate), for example. With a film.

Als Materialien für die erfindungsgemäße Chip-Küvette kommen verschiedenste Kunststoff-Polymere, vorzugsweise transparente Polymere mit geringen optischen Störeinflüssen wie COC, COP, PMMA, PC etc., aber auch Glas, Quarzglas oder andere kristalline oder amorphe Materialien in Kombination mit dünnen Glas-, Quarz oder andere transparente kristalline Scheiben als Deckel zum Einsatz. D.h. die Chipküvette kann ausschließlich aus einem Kunststoff, aus verschiedenen Kunststoffen oder aus einem der oben genannten Nicht- Kunststoffmaterialien, die auch miteinander kombiniert werden können, bzw. hybriden Aufbauten aus Kunststoffen und Nicht-Kunststoff bestehen (bspw. einer Kombination von Glas - Plastik, Glas - Plastik - Glas, Glas - Plastik - Glas plus zusätzlicher Verbindeschicht etc.).The materials used for the chip cuvette according to the invention are a wide variety of plastic polymers, preferably transparent ones Polymers with low optical interferences such as COC, COP, PMMA, PC, etc., but also glass, quartz glass or other crystalline or amorphous materials in combination with thin glass, quartz or other transparent crystalline disks as a lid for use. That is, the chip cuvette may consist exclusively of a plastic, of different plastics or of one of the abovementioned non-plastic materials, which may also be combined with one another, or hybrid constructions of plastics and non-plastics (for example a combination of glass-plastic, Glass - plastic - glass, glass - plastic - glass plus additional connecting layer etc.).

In der strukturierten Schicht (Trägersubstrat) können gleichzeitig mehrere Kanalsysteme integriert sein, so dass gleichzeitig oder hintereinander mehrere Messungen mit unterschiedlichen Proben durchgeführt werden können.Several channel systems can be integrated simultaneously in the structured layer (carrier substrate) so that several measurements with different samples can be carried out simultaneously or in succession.

Durch eine spezielle Gestaltung der Kanalsysteme der Chipküvette mit mehreren, unter einander verbundenen Messzellen unterschiedlicher Kanaltiefe ist es möglich, dass eine Probe gleichzeitig oder hintereinander in verschiedenen Messbereichen gemessen werden kann.By means of a special design of the channel systems of the chip cuvette with a plurality of interconnected measuring cells of different channel depth, it is possible for a sample to be measured simultaneously or consecutively in different measuring ranges.

Dadurch vergrößert sich der dynamische Bereich für die Messungen der Probe deutlich und aufwendige Verdünnungsreihen reduzieren sich deutlich oder werden gar überflüssig.As a result, the dynamic range for the measurements of the sample increases significantly and expensive dilution series are reduced significantly or become superfluous.

Ausbaustufen dieser Plattform sind sowohl die Integration von Mischern vor den Messkanälen als auch die Integration von Verteilersystemen (Kanalsystemen) auf dem Chip, um eine Probe an verschiedene Messpunkte zu führen, in denen ggf. durch vorgelegte Reagenzien auch zu verfolgende Reaktionen stattfinden. Integrierte Mischer zur Erstellung von Verdünnungsreihen sind eine weitere Option, um gleich sehr unterschiedliche Messbereiche auch für die gleichzeitige Erfassung mehrerer Analyte zu ermöglichen.Expansion stages of this platform include the integration of mixers in front of the measuring channels as well as the integration of distribution systems (channel systems) on the chip, in order to carry a sample to different measuring points in which, if necessary, reactions to be tracked can also take place due to the reagents provided. Integrated mixers for creating dilution series are another option for enabling very different measuring ranges, even for the simultaneous acquisition of multiple analytes.

Durch die Integration optischer Elemente in die Chipküvette können die Ein- bzw. Auskopplung von Licht optimal gestaltet, das Streulicht deutlich reduziert und somit auch empfindliche Fluoreszenzmessungen ermöglicht werden.By integrating optical elements into the chip cell, the input and output of light can be optimally designed, the scattered light significantly reduced and thus also sensitive fluorescence measurements are possible.

Die Chipküvette in ihrer Ausführung als flache Küvette mit mehreren Kanalsystemen beherbergt unterschiedliche Proben oder Probenserien und eröffnet somit die Möglichkeit einer sehr einfachen und Platzsparenden späteren Lagerung. Ggf. können die Chipküvetten auch eingefroren und somit späteren Analysen zugängig gemacht werden. Für die Archivierung ist eine Kennzeichnung sowohl über Permanentmarker als auch Barcode oder RFID-tag möglich.The chip cuvette in its design as a flat cuvette with several channel systems accommodates different samples or sample series and thus offers the possibility of a very simple and space-saving later storage. Possibly. The chip cuvettes can also be frozen and thus made accessible to later analyzes. For archiving, labeling is possible via permanent markers as well as barcodes or RFID tags.

Die Kanäle der erfindungsgemäßen Chipküvette können bspw. so ausgestaltet sein, dass bei gleicher Messanordnung gleichzeitig oder nacheinander in unterschiedlichen Messbereichen gemessen werden kann. So kann in zwei oder mehr verschiedenen optischen Bereichen gemessen werden, da durch die unterschiedliche Kanaltiefe zwei und mehr Schichtdicken (unterschiedlichen Kanaltiefen, bzw. vollständige Durchbrüche im Material) realisiert werden können.The channels of the chip cuvette according to the invention can, for example, be designed such that, with the same measuring arrangement, measurements can be carried out simultaneously or successively in different measuring ranges. Thus, it is possible to measure in two or more different optical regions, since two or more layer thicknesses (different channel depths or complete apertures in the material) can be realized by the different channel depth.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Chipküvette kann bspw. in der Art gestaltet sein, dass ein kleiner Kanal auf der einen und ein größerer Kanal auf der anderen Seite des Trägersubstrat angeordnet sind und deren Enden durch ein Duchgangsloch verbunden sind oder durch ihre Tiefen an den Enden zusammenstoßen und so bereits einen Durchbruch bilden.An embodiment of the chip cuvette according to the invention may, for example, be designed in such a way that a small channel is arranged on one side and a larger channel on the other side of the carrier substrate and the ends of which are connected by a hole or collide at the ends by their depths and so already make a breakthrough.

Die Chipküvette kann mit einer Vertiefung oberhalb des Kanals zur Minimierung der Materialdicke zwischen Probe und Anregungslichtquelle sowie Detektor versehen sein.The chip cuvette may be provided with a depression above the channel to minimize the material thickness between sample and excitation light source as well as detector.

Die Chipküvette kann einen dreilagigen Aufbau besitzen, bei dem die Verbindung des kleinen Messvolumens mit dem großen Messvolumen durch einen kleinen Durchgangskanal oder ein kleines Durchgangsloch im Chip realisiert ist. Bei der erfindungsgemäßen Chipküvette können Ein- und Ausgänge der jeweiligen Messelemente unterschiedliche fluidische Schnittstellen, bspw. Bohrungen mit unterschiedlichen Durchmessern besitzen, um verschiedene Möglichkeiten der Fluidzuführung zu realisieren (z.B. um mit unterschiedlich großen Pipettenspitzen Proben injizieren oder entnehmen zu können.The chip cuvette can have a three-layer structure in which the connection of the small measuring volume with the large measuring volume is realized by a small through-channel or a small through-hole in the chip. In the case of the chip cuvette according to the invention, the inputs and outputs of the respective measuring elements can have different fluidic interfaces, for example bores with different diameters, in order to realize different possibilities of fluid supply (eg in order to inject or remove samples with different sized pipette tips.

Diese Schnittstellen können in Form von konischen Eingangs- bzw. Ausgangsstutzen, die unterschiedlich gestaltet sein können, um ein möglichst breites Spektrum unterschiedlicher Pipettenspitzen mit der Chipküvette nutzen zu können, ausgeführt sein.These interfaces can be designed in the form of conical inlet and outlet nozzles, which can be designed differently in order to be able to use the widest possible spectrum of different pipette tips with the chip cuvette.

Die erfindungsgemäßen konischen Eingangsstutzen gewährleisten eine gute Abdichtung gegenüber Pipettenspitzen und verhindern aber gleichzeitig ein Verschließen des Kanals durch die Pipettenspitze.The conical inlet nozzle according to the invention ensure a good seal against pipette tips and at the same time prevent closing of the channel by the pipette tip.

Die fluidischen Schnittstellen können mit Dichtungsringen versehen sein, um eine gute Abdichtung, bspw. gegenüber einem fluidischen Betriebsgeräteanschluss zu ermöglichen. Vermittels dieser direkt integrierten Dichtungen ist ein flüssigkeits- und / oder gasdichter Abschluss der Chipküvette an weitere Komponenten, wie bspw. ein Betriebsgerät, realisierbar.The fluidic interfaces may be provided with sealing rings to allow a good seal, for example. With respect to a fluidic equipment connection. By means of these directly integrated seals a liquid and / or gas-tight termination of the chip cell to other components, such as. A control gear, can be realized.

Bei der erfmdungsgemäßen Chipküvette können zahlreiche, vorzugsweise parallele Kanäle zur Messung verschiedener Proben vorgesehen sein, die einer Messeinheit zuordenbar sind. Durch verschiedene Kanalbreiten sind dabei verschiedene Messvolumina realisierbar.In the case of the chip cuvette according to the invention, numerous, preferably parallel, channels can be provided for the measurement of different samples, which can be assigned to a measuring unit. Through different channel widths different measurement volumes can be realized.

Die Chipküvette kann das Format eines Objektträgers, ggf. mit geringerer oder größerer Dicke, aufweisen, wobei die fluidischen Schnittstellen derart angeordnet sind, dass diese mit gängigen Pipettierrobotern befüllt werden können, d.h. den Well-Abstand von Mikrotiterplatten (18 mm, 9 mm, 4,5 mm, 2,25 mm ...) besitzen.The chip cuvette may have the format of a slide, possibly with a smaller or larger thickness, wherein the fluidic interfaces are arranged such that they can be filled with common pipetting robots, i. have the well spacing of microtiter plates (18 mm, 9 mm, 4.5 mm, 2.25 mm ...).

Die Chipküvette kann auch das Format einer Titerplatte haben, wobei die fluidischen Schnittstellen derart angeordnet sind, dass diese mit gängigen Pipettierrobotern befüllt werden können, d.h. den Well-Abstand von Mikrotiterplatten (18 mm, 9 mm, 4,5 mm, 2,25 mm ...) haben.The chip cuvette may also have the format of a titer plate, wherein the fluidic interfaces are arranged such that they are common Pipetting robots can be filled, ie the well spacing of microtiter plates (18 mm, 9 mm, 4.5 mm, 2.25 mm ...) have.

Die erfindungsgemäße Chipküvette kann mit integrierten optischen Elementen zur Nutzung der Totalreflexion versehen sein, um einen möglichst langen optischen Weg durch den Kanal zu erhalten bzw. ein Einkopplung und / oder Auskopplung des Licht zu ermöglichen. Die erfindungsgemäße Chipküvette kann mit verschiedenen Messelementen, bspw. unterschiedlichen Volumina, Kanalgeometrien, etc. ausgestaltet sein, um verschiedene analytische Aufgaben mit einer Probe auf dem Chip messen zu können.The chip cuvette according to the invention can be provided with integrated optical elements for the use of total reflection, in order to obtain the longest possible optical path through the channel or to enable coupling and / or decoupling of the light. The chip cuvette according to the invention can be designed with different measuring elements, for example different volumes, channel geometries, etc., in order to be able to measure various analytical tasks with a sample on the chip.

Bei der erfindungsgemäßen Chipküvette kann das Trägersubstrat nach dem Befallen mit einer Folie (z.B. selbstklebende, selbsthaftende oder dicht aufliegende Folie oder Alufolie) oder einer plan aufliegenden oder geometrisch angepasster Abdeckung abgedichtet werden, um bspw. Langzeitmessungen ohne Verdunstungseffekte durchfuhren zu können. Um die Probe anschließend wieder entnehmen zu können, sind Ausführungsformen der Chipküvette mit anschließend wieder entfernbaren oder durchstoßbaren Folien versehbar.In the case of the chip cuvette according to the invention, the carrier substrate can be sealed after infestation with a foil (for example self-adhesive, self-adhesive or tight-fitting foil or aluminum foil) or a plane-lying or geometrically adapted cover, in order, for example, to be able to carry out long-term measurements without evaporation effects. In order to subsequently remove the sample, embodiments of the chip cuvette with subsequently removable or pierceable films can be provided.

Die erfindungsdgemäße Chipküvette kann bspw. um einen Mischer erweitert sein, der in dem Kanal innerhalb des Trägersubstrates integriert ist, um bestimmte Substanzen vor der Messung zu mischen bzw. um bestimmte Substanzen auf der Chipküvette sowohl verdünnt als auch in einer oder mehreren Verdünnungsstufen gleichzeitig oder Zeit versetzt messen zu können .The chip cuvette according to the invention may, for example, be widened by a mixer which is integrated in the channel within the carrier substrate in order to mix certain substances before the measurement or to dilute certain substances on the chip cuvette either simultaneously or in one or more dilution stages offset to be able to measure.

Die erfindungsgemäße Chipküvetten kann auch über ein Verteilersystem (Kanalsystem) verfugen, um die Probe an verschiedene Messpunkte zu führen, in denen ggf. durch vorgelegte Reagenzien Reaktionen durchgeführt und verfolgt werden können.The chip cuvettes according to the invention may also have a distribution system (channel system) in order to guide the sample to different measuring points in which, if appropriate, reactions can be carried out and monitored by reagents presented.

Im Gegensatz zu den bekannten kommerziellen Glas- oder Quarzküvetten insbesondere der „TrayCell" der Firma Hellma stellt die Chipküvette ein robustes und preiswertes Messmittel dar. AIs Einwegkomponente konzipiert weist die erfindungsgemäße Chipküvette wie auch bereits kommerziell erhältliche Einwegkunststoffküvetten keine Kontaminationsprobleme auf.In contrast to the well-known commercial glass or quartz cuvettes especially the "TrayCell" Hellma the chip cuvette is a robust and inexpensive measuring means. Designed as a disposable component, the chip cuvette according to the invention, as well as commercially available disposable plastic cuvettes, has no contamination problems.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausfuhrungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Küvette, Fig. Ia einen Längsschnitt durch die Küvette gemäß Fig. 1,1 is a schematic representation of a first embodiment of the cuvette according to the invention, Fig. Ia is a longitudinal section through the cuvette of FIG. 1,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Küvette,2 is a schematic representation of a second embodiment of the cuvette according to the invention,

Fig. 2a einen Längsschnitt durch die Küvette gemäß Fig. 2,2a is a longitudinal section through the cuvette of FIG. 2,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Küvette,3 is a schematic representation of a third embodiment of the cuvette according to the invention,

Fig. 3a einen Längsschnitt durch die Küvette gemäß Fig. 3,3a shows a longitudinal section through the cuvette of FIG. 3,

Fig. 3b einen Querschnitt durch die tiefe Messkammer der Chipküvette gemäß Fig. 3 mit Darstellung der Messlichtgeometrie und Fig. 3c einen Querschnitt durch die flache Messkammer der Chipküvette gemäß Fig. 3 mit Darstellung der Messlichtgeometrie.FIG. 3b shows a cross section through the deep measuring chamber of the chip cuvette according to FIG. 3 with representation of the measuring light geometry and FIG. 3c shows a cross section through the flat measuring chamber of the chip cuvette according to FIG. 3 with representation of the measuring light geometry.

Um ein gutes und im Laborbereich weitgehend akzeptiertes Handling zu garantieren, sind die in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Varianten der erfindungsgemäßen Küvette im Objektträgerformat (75 x 25mm) ausgeführt.In order to guarantee a good and largely accepted handling in the laboratory, the variants of the cuvette according to the invention shown in Figures 1 to 3 in the slide format (75 x 25mm) are executed.

Die in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausfuhrungsformen bestehen aus einer Reihe von Kanälen, die im Abstand von 4.5 mm entsprechend dem Rastermaß einer 384er Titerplatte in ein flaches Trägersubstrat (1) eingebracht sind, welche entlang dem offenen Kanalverlauf mit einer Deckfolie (2, 3) verschlossen sind.The embodiments illustrated in FIGS. 1 to 3 consist of a series of channels which are introduced at a spacing of 4.5 mm corresponding to the grid dimension of a 384er titer plate into a flat carrier substrate (1), which has a cover film (2, 3) along the open channel course ) are closed.

Durch diese Ausführung können je nach Anwendung und Messprinzip maximal 14 - 16 Kanäle untergebracht werden. Die Kanäle sind mit Zahlen durchnumeriert. Prinzipiell sind auch größere Chipplattenformate mit mehrreihiger Anordnung der Kanäle möglich. AIs Träger- und Folienmaterial finden Glas, Quarz oder Polymere Anwendung, welche hinsichtlich ihrer spektroskopischen Eigenschaften für den UV - VIS-Bereich eine gute Transparenz aufweisen. Bei den Polymeren zeigen zum gegenwärtigen Zeitpunkt spezielle TOPAS® COC-Typen eine hohe Transparenz bis in den UV-Bereich, wobei die gezogenen Folien eine gegenüber dem Granulat nochmals in den UV- Bereich verschobene Absorptionskante zeigen und deshalb bevorzugt ausgewählt wurden. Dieses Polymermaterial zeigt außerdem eine gute chemische Beständigkeit gegenüber einer Reihe in der Analytik häufig eingesetzter Lösungsmittel wie verdünnte mineralische Säuren aber auch organische Lösungsmittel wie Ethanol, Acetonitril oder Dimethylsulfoxid. Was für eine Anwendung auch im diagnostischen Bereich von Bedeutung ist, sind die Biokompatibilität und Sterilisierbarkeit dieses Polymermaterials. Wie in den Längsschnitten (Abb. Ia, 2a, 3a) aller angeführten Ausführungsbeispiele dargestellt, verfügen alle Kanäle über zwei Messkammern (6, 7), wobei die größere Kammer (6) sich über die gesamte Trägerdicke erstreckt.Depending on the application and measuring principle, this version can accommodate a maximum of 14 - 16 channels. The channels are numbered with numbers. In principle, larger chip board formats with multi-row arrangement of the channels are possible. Glass, quartz or polymers are used as carrier and film material, which have good transparency with regard to their spectroscopic properties for the UV-VIS range. The polymers are at present special TOPAS ® COC types show a high transparency up to the UV-range, the drawn films exhibit compared to the granule again shifted in the UV region absorption edge and are therefore preferably selected. This polymer material also shows good chemical resistance to a number of frequently used in the analysis of solvents such as dilute mineral acids but also organic solvents such as ethanol, acetonitrile or dimethyl sulfoxide. What is also important for an application in the diagnostic field is the biocompatibility and sterilizability of this polymer material. As shown in the longitudinal sections (FIGS. 1a, 2a, 3a) of all the mentioned exemplary embodiments, all channels have two measuring chambers (6, 7), the larger chamber (6) extending over the entire carrier thickness.

Die vor und zwischen den beiden Messkammern befindlichen Kanalabschnitte (10) sind ebenfalls sehr flach und dienen als Verdunstungsbarriere. In den dargestellten drei Ausführungsbeispielen haben die Kanalabschnitte (10) die gleiche Tiefe wie die flache Messkammer, was sich einerseits aus der gewählten Dicke des Chipträgers ergibt und andererseits fertigungstechnisch von Vorteil ist. Für die Dicke des Chipküvettenträgers (1) und somit die maximale Schichtdicke wird 1 mm und für die kleine Schichtdicke eine Messkanalhöhe von 0,1 gewählt, was genau einer Größenordnung entspricht. Dies ist anwenderseitig von Vorteil aufgrund der leichten Umrechnung (Faktor 10) und liegt was die kleine Schichtdicke betrifft fertigungstechnisch in einem guten Toleranzbereich.The channel sections (10) located in front of and between the two measuring chambers are likewise very shallow and serve as an evaporation barrier. In the illustrated three embodiments, the channel sections (10) have the same depth as the flat measuring chamber, which results on the one hand from the selected thickness of the chip carrier and on the other hand manufacturing advantage. For the thickness of the chip cell carrier (1) and thus the maximum layer thickness is selected 1 mm and for the small layer thickness a measuring channel height of 0.1, which corresponds to exactly one order of magnitude. This is advantageous for the user because of the easy conversion (factor 10) and, in terms of the small layer thickness, is within a good tolerance range in terms of production.

Die Kanalform wird in Strahlrichtung sowohl längs (Abb. Ia, 2a, 3a) als auch quer (Abb. 3b, c) trapezförmig gewählt und somit dem Öffnungswinkel des Messstrahls (17) angepasst. Das Verhältnis Messkammerlänge zu -breite ist an einen im Allgemeinen üblichen länglichen (rechteckigen) Eingangspalt des spektraloptischen Systems angepasst.The channel shape is trapezoidal in the beam direction both along (Fig. 1a, 2a, 3a) and transversely (Fig. 3b, c) and thus adapted to the opening angle of the measuring beam (17). The ratio of measuring chamber length to width is generally common elongated (rectangular) input gap of the spectral optical system adapted.

Für die derzeit kleinsten breit eingesetzten lOOμm Einkopplungsfasern (14) und einer 500μm Auskoppelfaser wird eine Kanalbreite von 600 μm als Optimum ermittelt. Damit ergibt sich für eine Befüllung von der Seite der kleinen Messkammer ein notwendiges Probenvolumen von 0,3 μl und für eine Befüllung von der Seite der großen Messkammer ein notwendiges Probenvolumen von 2 μl. Das Fassungsvermögen bei vollständiger Befüllung des gesamten Kanals bis zu den Kanalöffnungen beträgt ca. 4μl.For the smallest currently used lOOμm coupling fibers (14) and a 500μm decoupling fiber, a channel width of 600 μm is determined as the optimum. This results in a necessary sample volume of 0.3 .mu.l for a filling from the side of the small measuring chamber and a necessary sample volume of 2 .mu.l for a filling from the side of the large measuring chamber. The capacity with complete filling of the entire channel up to the channel openings is approx. 4μl.

Die zwei Enden eines jeden Kanals werden über Koni (4, 5) nach oben geführt, welche man als fluidische Schnittstellen für handelsübliche Pipetten benutzen kann. Die am Markt gebräuchlichen Spitzen für Volumina von 0,1 - 200μl lassen sich entsprechend ihrer Ansaugkoni- Form in zwei Größengruppen teilen, für die jeweils eine optimierte Konusform gefunden werden konnte. Der kleinere Konus befindet sich auf der Seite der kleineren Messkammer und der Größere entsprechend auf der Seite der großen Messkammer. So lässt sich ein Leck- und Blasenfreies Befüllen als auch Entnehmen von Probenflüssigkeit mit Kristallspitzen von der einen Seite (5) und mit 200μl-Spitzen von der anderen Seite (4) realisieren.The two ends of each channel are led upwards via cones (4, 5), which can be used as fluidic interfaces for commercial pipettes. The tips used on the market for volumes of 0.1-200μl can be divided into two size groups according to their suction conical shape, for each of which an optimized conical shape could be found. The smaller cone is located on the side of the smaller measuring chamber and the larger one on the side of the large measuring chamber. Thus, leakage and bubble-free filling as well as removal of sample liquid with crystal tips from one side (5) and with 200μl tips from the other side (4) can be realized.

Zur Realisierung der Handhabbarkeit von Multipipetten wird das in Fig. 2 dargestellte Chipdesign bereitgestellt. Es besteht aus erhöhten Randbereichen (11) an den Enden des Kanals, wo sich die Koni (4, 5) befinden. Diese dienen zur Aufnahme der trichterförmigen Aufsätze (12) welche sich an die Koni (4, 5) anschließen und die Toleranzen in der Lage der Spitzen der Multipipetten zu einander beim Einführen in die dichtenden Koni (4, 5) ausgleichen.To realize the handling of multipipettes, the chip design shown in FIG. 2 is provided. It consists of raised edge areas (11) at the ends of the channel where the cones (4, 5) are located. These serve to accommodate the funnel-shaped attachments (12) which adjoin the cones (4, 5) and compensate for the tolerances in the position of the tips of the multipipettes to each other when inserted into the sealing Koni (4, 5).

Das in den Fig. 1 bis 3 dargestellte erfindungsgemäße Kanaldesign ermöglicht sowohl ein gute Befüllung und weist andererseits auch keine Luftblasenbildung beim Befüllen auf, da die Luftblasen zuverlässig außerhalb des Messfensters liegen.The channel design according to the invention shown in FIGS. 1 to 3 allows both a good filling and on the other hand has no air bubble formation during filling, since the air bubbles are reliably outside the measuring window.

Diese Vorteile werden auch bei der Verwendung von Polymermaterialien für den Fall erzielt, dass ein Formeinsatzpaar bereit steht, welches im entsprechenden Spritzgusswerkzeug hinsichtlich der Toleranzen mikrometergenau zueinander positioniert werden kann.These advantages are also achieved when using polymeric materials in the event that a mold insert pair is ready is, which can be positioned in the corresponding injection molding tool with respect to the tolerances micrometer accurate to each other.

Die dadurch erzielte sehr geringe Oberflächenrauheit in den Kanälen verhindert zuverlässig die Luftblasenbildung an den Messkammerstellen. Um insbesondere bei Polymermaterialien möglichst wenig Störeinflüsse oberhalb der kleinen Messkammer (7) durch das Material des Chipträgers (1) zu erhalten, wird die Materialstärke durch Einbringen einer Vertiefung in Form eines optisch polierten Messfensters (8) minimiert. Zur manuellen Positionierung der erfindungsgemäßen Chipküvette in einem Betriebsgerät werden Rastkerben gewählt, die an beiden Längsseiten jeweils mittig zum Kanal angeordnet sind. Die in Fig. 2 dargestellte Designvariante ist für ein automatisiertes Handling in einem Betriebsgerät mit XY-Positioniereinrichtung und Orientierung und Ausrichtung des Chips sowie die Bestimmung der Lage durch eine automatische Kalibrierung ausgelegt.The resulting very low surface roughness in the channels reliably prevents the formation of air bubbles at the Meßkammerstellen. In order to obtain as little as possible disturbing influences above the small measuring chamber (7) by the material of the chip carrier (1), in particular in polymer materials, the material thickness is minimized by introducing a depression in the form of an optically polished measuring window (8). For manual positioning of the chip cuvette according to the invention in a control gear notches are selected which are arranged on both longitudinal sides in each case centrally to the channel. The design variant shown in FIG. 2 is designed for automated handling in an operating device with XY positioning device and orientation and orientation of the chip as well as the determination of the position by an automatic calibration.

Um mit ein und derselben Probe in einem Kanal gleichzeitig sowohl transmissions- als auch emissionsspektroskopische Untersuchungen durchführen zu können, wird wie in Fig. 3, 3a - c dargestellt, neben jeder Messkammer eine Nut mit einer Totalreflexionsfläche (13) eingebracht. Dies ermöglicht über einen Faserlichtleiter für das Emissionsanregungslicht (14) eine seitliche, 90° zum Faserlichtleiter des Detektorsystems für Transmission und Emission Anregung der Emission, was eine deutliche Reduzierung des Anregungsstreulichts im Vergleich zu einer Frontalanregung ermöglicht.In order to simultaneously carry out both transmission and emission spectroscopic examinations with one and the same sample in one channel, a groove with a total reflection surface (13) is introduced next to each measuring chamber, as shown in FIGS. 3, 3a-c. This allows emission through a fiber light guide for the emission excitation light (14), lateral, 90 ° to the fiber optic of the transmission and emission detection system excitation of the emission, allowing a significant reduction of the excitation scattered light compared to a frontal excitation.

Bei den kleinen Messkammern (siehe Fig. 3c) wirken die optisch ebenen Flächen der Vertiefung (8) und der Folie (3) ebenfalls als Totalreflexionsflächen.In the case of the small measuring chambers (see FIG. 3c), the optically flat surfaces of the depression (8) and of the film (3) likewise act as total reflection surfaces.

Alle in der Beschreibung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein. Bezugszeichenliste:All features shown in the description can be essential to the invention both individually and in any combination with one another. LIST OF REFERENCE NUMBERS

1 Trägersubstrat (Chipträger)1 carrier substrate (chip carrier)

2 Deckfolie (obere)2 cover foil (upper)

3 Deckfolie (untere)3 cover foil (lower)

4 großer Konus (fluidische Schnittstelle)4 big cone (fluidic interface)

5 kleiner Konus (fluidische Schnittstelle)5 small cone (fluidic interface)

6 größere Messkammerammer6 larger measuring chamber chamber

7 kleine Messkammer7 small measuring chamber

8 Messfenster (Vertiefung)8 measuring windows (recess)

9 Rastkerben9 notches

10 Kanalabschnitte10 channel sections

11 erhöhter Randbereich11 elevated edge area

12 Aufsätze (Trichter)12 attachments (funnels)

13 Totalreflexionsfläche (Nut)13 total reflection surface (groove)

14 Einkopplungsfasern (Emissionsanregungslicht)14 input fibers (emission excitation light)

15 Strahlverlauf des Emissionsanregungslichts15 Beam path of the emission excitation light

16 Einkopplungsfasern (Transmissionsmesslicht)16 input fibers (transmission measuring light)

17 Messstrahl (Strahlprofilverlauf des Transmissionsmesslichts17 Measuring beam (beam profile profile of the transmission measuring light

18 Faserlichtleiter zum Detektorsystem für18 fiber optic cable to the detector system for

Transmission und Emission Transmission and emission

Claims

Patentansprüche claims 1. Küvette für die optische Analyse kleiner Volumina bestehend aus einem strukturierten Trägersubstrat (1), welche zumindest mit einem1. cuvette for the optical analysis of small volumes consisting of a structured carrier substrate (1), which at least one Kanal (10) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das strukturierte Trägersubstrat (1) planar sowie optisch durchlässig ist und der Kanal (10) zumindest zwei Messkammern (6; 7) mit unterschiedlichen Kanaltiefen aufweist, wobei eine Seite des strukturierten Trägersubstrats (1) mit einer dünnen, optisch durchlässigen Folie (2; 3) verschlossen ist, die über zumindest zwei fluidische Schnittstellen (4; 5) verfugt, die mit dem Kanal (10) flüssigkeitsleitend verbunden sind.Channel (10) is provided, characterized in that the structured carrier substrate (1) is planar and optically transmissive and the channel (10) has at least two measuring chambers (6; 7) with different channel depths, wherein one side of the structured carrier substrate (1) with a thin, optically transparent film (2, 3) is closed, which has at least two fluidic interfaces (4, 5), which are liquid-conductively connected to the channel (10). 2. Küvette für die optische Analyse kleiner Volumina bestehend aus einem strukturierten Trägersubstrat (1), welche zumindest mit einem Kanal (10) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das strukturierte Trägersubstrat (1) planar sowie optisch durchlässig ist und der Kanal (10) zumindest zwei Messkammern (6; 7) mit unterschiedlichen Kanaltiefen aufweist, wobei eine Seite des strukturierten Trägersubstrats (1) mit einer dünnen, optisch durchlässigen Folie (2; 3) verschlossen ist, die über zumindest zwei fluidische Schnittstellen (4; 5) verfugt, die mit dem Kanal (10) flüssigkeitsleitend verbunden sind, und die andere Seite des strukturierten Trägersubstrats (1) ebenfalls mit einer dünnen, optisch durchlässigen Folie (2; 3) verschlossen ist.2. Cuvette for the optical analysis of small volumes consisting of a structured carrier substrate (1) which is provided with at least one channel (10), characterized in that the structured carrier substrate (1) is planar and optically transparent and the channel (10) at least two measuring chambers (6; 7) with different channel depths, wherein one side of the structured carrier substrate (1) is closed with a thin, optically transparent film (2; 3) which has at least two fluidic interfaces (4; which are liquid-conductively connected to the channel (10), and the other side of the structured carrier substrate (1) is likewise closed by a thin, optically transparent film (2; 3). 3. Küvette für die optische Analyse kleiner Volumina gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das strukturierte Trägersubstrat (1) mit integrierten optischen Elementen zur Nutzung der Totalreflexion versehen ist.3. A small volume optical analysis cuvette according to claim 1 or 2, characterized in that the structured carrier substrate (1) is provided with integrated optical elements for utilizing the total reflection. 4. Küvette für die optische Analyse kleiner Volumina gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das strukturierte Trägersubstrat (1) eine Folie ist. 4. cuvette for the optical analysis of small volumes according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the structured carrier substrate (1) is a film. 5. Küvette für die optische Analyse kleiner Volumina gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das strukturierte Trägersubstrat (1) und die dünne Folie (2; 3) aus Kunststoff bestehen.5. A cuvette for the optical analysis of small volumes according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that the structured carrier substrate (1) and the thin film (2; 3) consist of plastic. 6. Küvette für die optische Analyse kleiner Volumina gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das strukturierte Trägersubstrat (1) und die dünne Folie (2; 3) aus Glas bzw. Quarz oder aus Kombinationen von Glas und Quarzglas bestehen.6. A cuvette for small volume optical analysis according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that the structured carrier substrate (1) and the thin film (2; 3) of glass or quartz or of combinations of glass and quartz glass consist. 7. Küvette für die optische Analyse kleiner Volumina gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das strukturierte Trägersubstrat (1) und die dünne Folie (2; 3) aus verschiedenen amorphen oder kristallinen Materialien bestehen.7. A small volume optical analysis cuvette according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that the structured carrier substrate (1) and the thin film (2; 3) are made of different amorphous or crystalline materials. 8. Küvette für die optische Analyse kleiner Volumina gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das strukturierte Trägersubstrat (1) und die dünne Folie (2; 3) aus einer Kombination von Glas - Kunststoff, Glas - Kunststoff - Glas oder Glas - Kunststoff- Glas mit zusätzlicher Verbindungsschicht bestehen.8. A cuvette for optical analysis of small volumes according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that the structured carrier substrate (1) and the thin film (2; 3) of a combination of glass - plastic, glass - plastic - Glass or glass - plastic glass with additional bonding layer. 9. Verwendung einer Küvette für die optische Analyse kleiner Volumina gemäß einem oder mehrerer der voran stehenden Ansprüche als Einwegkomponente. 9. Use of a cuvette for the optical analysis of small volumes according to one or more of the preceding claims as a disposable component.
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