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WO2016062457A1 - Mikrofluidisches system sowie verfahren zum analysieren einer probenlösung und verfahren zum herstellen eines mikrofluidischen systems zum analysieren einer probenlösung - Google Patents

Mikrofluidisches system sowie verfahren zum analysieren einer probenlösung und verfahren zum herstellen eines mikrofluidischen systems zum analysieren einer probenlösung Download PDF

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Publication number
WO2016062457A1
WO2016062457A1 PCT/EP2015/070836 EP2015070836W WO2016062457A1 WO 2016062457 A1 WO2016062457 A1 WO 2016062457A1 EP 2015070836 W EP2015070836 W EP 2015070836W WO 2016062457 A1 WO2016062457 A1 WO 2016062457A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sample solution
microfluidic system
chamber
partial
volume
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2015/070836
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas BRETTSCHNEIDER
Jochen Hoffmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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 Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to US15/520,923 priority Critical patent/US10512912B2/en
Priority to CN201580069829.XA priority patent/CN106999935B/zh
Publication of WO2016062457A1 publication Critical patent/WO2016062457A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502738—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by integrated valves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/10—Integrating sample preparation and analysis in single entity, e.g. lab-on-a-chip concept
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/0864—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices comprising only one inlet and multiple receiving wells, e.g. for separation, splitting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/087—Multiple sequential chambers

Definitions

  • Microfluidic system and method for analyzing a sample solution and method for producing a microfluidic system for analyzing a sample solution
  • the present invention relates to a microfluidic system for analyzing a sample solution, to a method for analyzing a sample solution and to a method for producing a microfluidic system for analyzing a sample solution.
  • Microfluidic diagnostic systems such as chip labs or labs-on-chip (LoC) allow a miniaturized and integrated implementation of complex fluidic workflows, especially for the specific detection of various molecules.
  • DE 10 2009 035 270 A1 describes a one-way multiplex polymerase chain reaction chip and a polymerase chain reaction device.
  • a microfluidic system may be provided which serves as a partitioning chamber having central chamber for receiving a sample solution.
  • a displacement mechanism or an attachment of a flexible membrane which can be deflected or deformed at defined locations, an advantageous manipulation of liquids or liquid samples can be made possible. Is or is the chamber filled with a sample solution, gronen by deflecting the
  • a modification of surfaces of the chamber can be realized at defined locations to
  • a physical division of the chamber can be realized by columns or the like.
  • suitable structures and processes for subdividing and distributing a sample solution to multiple sub-volumes or reaction chambers may be provided to examine the sample solution with independent and completed responses to various parameters.
  • Be provided system that can be further miniaturized thereby and also in a degree of parallelization with respect to a sample analysis is increasable.
  • a separate detection reaction can be carried out or the sample solution can be examined for various parameters.
  • Cross-contamination and thereby cross-reactions are excluded or minimized. Also, for example, a use of a DNA microarray to detect different DNA molecules can be avoided.
  • Sensitivity can affect.
  • a microfluidic system for analyzing a sample solution is presented, wherein the microfluidic system has the following features: a distribution chamber for receiving an input volume of the sample
  • the microfluidic system can be an analytical system, in particular a microfluidic lab-on-chip system or chip laboratory system for medical diagnostics, microbiological diagnostics or environmental analysis.
  • the microfluidic system can be a section on
  • a liquid to be analyzed typically a liquid or liquefied patient sample, z. Blood, urine, stool, sputum, cerebrospinal fluid, lavage, a flushed swab or liquefied tissue sample, or a sample of a non-human material.
  • the input volume of the sample solution may correspond to a volume of the sample solution introduced into the partitioning chamber.
  • the partial volumes of the sample solution can be aggregated or separated by means of the displacement device.
  • the displacement device can be designed to accommodate the
  • the displacement device can be designed to aliquot the sample solution.
  • Aliquotieren can a
  • the Sample solution can be in the same size or different sizes
  • Partial volume sections, parts volumes or reaction chambers are divided.
  • the displacement device can also be designed to perform a so-called metering on the sample solution.
  • the displacement device can be designed to effect a physical separation of the partial volumes from one another.
  • sample solutions can be analyzed in parallel in a chip laboratory system or lab-on-chip system by means of multiple detection reactions.
  • the detection reactions may be, for example, reactions in the fields of nucleic acid analysis,
  • the displacement means may be configured to divide the input volume into the plurality of sub-volumes and
  • the displacement device can be designed to remove a sample solution located in the residual volume from the
  • Displace distribution chamber Alternatively, here is the
  • Displacement device may be formed to provide a befindliches in the residual volume sample solution from the distribution chamber rinsed.
  • the residual volume of the sample solution can be arranged outside the volume sections of the distribution chamber.
  • Residual volume from the distribution chamber is made possible.
  • the displacement device can have at least one deflectable, flexible membrane.
  • Such an embodiment offers the advantage that a reliable division of the sample solution can be achieved in an inexpensive manner.
  • the at least one membrane in the region of the partial volume sections at least partially undeflectable with a main surface of the
  • the at least one membrane outside of the partial volume sections at least part of the area in abutment against a opposite major surface of the distribution chamber be deflected.
  • the membrane can be connected by means of a circular or planar arrangement with a joining layer of a layer structure of the microfluidic system.
  • the membrane may be donut-shaped in contact with the opposite major surface of the distribution chamber in contact.
  • the medium may be, for example, compressed air, oil or the like.
  • Means be arranged for applying pressure to the medium.
  • Such an embodiment has the advantage that the membrane can be designed in this way constructively inexpensive and reliable and deflected for a defined period of time.
  • reagents for a subset of the partial volume sections of the partitioning chamber in at least a subset of the partial volume sections of the partitioning chamber, reagents for
  • Detection reactions can be arranged or arranged.
  • the distribution chamber in at least a subset of
  • Partial sections have upstream reagents.
  • the reagents can be identical, identical or different.
  • Such an advance storage of different reagents in different areas of the distribution chamber offers the advantage that in each partial volume section an independent reaction can be carried out on a partial volume of the sample solution.
  • the dividing chamber may also have an introduction opening for introducing the sample solution and optionally at least one further substance into the sample
  • Partitioning chamber and at least one outlet opening for discharging substances from the distribution chamber have.
  • At least one another substance may be reagents for detection reactions,
  • the dividing chamber in the partial volume sections at least partially have a hydrophilic surface and additionally or alternatively outside the partial volume sections at least partially have a hydrophobic surface.
  • the method can be advantageously carried out in conjunction with an embodiment of the aforementioned microfluidic system to analyze the sample solution.
  • the step of pressing the
  • Displacement device are actuated such that the sub-volumes remain physically separated by means of the displacement means for a definable period of time.
  • the method may include, after the step of actuating, a step of purging the partitioning chamber to outside of Rinse off partial volume sections arranged residual volume of the sample solution from the distribution chamber.
  • the method may also include a step of performing detection reactions on the partial volumes of the sample solution in the partial volume sections using in at least a subset of the
  • Partial volume sections of the distribution chamber arranged reagents may include a step of evaluating
  • the method may include a step of arranging reagents for the
  • Sample solution can be provided.
  • a real-time measurement can be performed, whereby quantitative information can be collected.
  • PCR Polymerase Chain Reaction
  • a method for producing a microfluidic system for analyzing a sample solution comprising the following steps:
  • Partial volume sections for receiving usable for detection reactions partial volumes of the sample solution has
  • the microfluidic system can be produced by carrying out the steps of the method, in particular from polymer substrates, for example by milling, injection molding, hot stamping, laser structuring, etc.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a microfluidic system according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2A to 4D representations of microfluidic systems according to embodiments of the present invention
  • FIG. 5 is a flow chart of a method of analyzing according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart of a method of manufacturing according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart of a method of manufacturing according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a microfluidic system 100 according to an embodiment of the present invention.
  • Microfluidic system 100 is configured to accept a sample solution
  • the microfluidic system 100 is for example analytical
  • the microfluidic system 100 includes a partitioning chamber 110
  • the input volume of the sample solution corresponds at most to an internal volume or a capacity of the distribution chamber 110.
  • the distribution chamber 110 has a plurality of partial volume sections 115. In this case, the dividing chamber 110 is in the plurality of
  • Subvolume sections 115 divided. According to the exemplary embodiment of the present invention shown in FIG. 1, and as a result of the illustration, only four partial volume sections 115 of the distribution chamber 110 are shown by way of example, one microfluidic system according to another
  • Partial volume sections 115 may have.
  • the subvolume sections 115 are hereby explicitly drawn in FIG. 1 merely for the purpose of illustration, because the splitting chamber 110 is shown in FIG. 1
  • the plurality of partial volume sections 115 are configured to receive partial volumes of the sample solution.
  • each partial volume section 115 is designed to receive a partial volume of the sample solution.
  • the Partial volumes of the sample solution can be used for detection reactions on the sample solution.
  • Fig. 1 Of the microfluidic system 100 is in Fig. 1 also a
  • the microfluidic system 100 also includes the displacing device 120.
  • Displacer 120 is configured to divide the input volume of the sample solution into the plurality of partial volumes of the sample solution. In a divided state by means of an operation or action of the displacement device 120, the partial volumes in the region of
  • Part volume sections 115 arranged.
  • the displacement device 120 is designed to accommodate the
  • the displacement device 120 is designed to rinse out a sample solution located in the residual volume in a first variant from the partitioning chamber 110, as shown for example in FIGS. 2A to 2E and 4A to 4D, or in a second variant from the partitioning chamber 110 to displace, as shown for example in Fig. 3.
  • the partitioning chamber 110 has an introduction opening 130 for introducing the sample solution and optionally at least one further substance into the partitioning chamber 110 and an outlet opening 140 for discharging substances from the partitioning chamber 110.
  • the partitioning chamber 110 may include a plurality of outlet ports 140.
  • FIG. 2A shows a schematic sectional view of a microfluidic system 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the microfluidic system 100 shown in FIG. 2A is For example, to the microfluidic system of FIG. 1, in Fig. 2A in another partial detail, in more detail and / or in a concrete
  • FIG. 2A shows a sectional view of the partitioning chamber 110 of a microfluidic system 100 according to one exemplary embodiment of the present invention.
  • the partitioning chamber 110 has a rectangular cross-sectional profile.
  • the microfluidic system 100 has only one example
  • deflectable, flexible membrane 220 as a displacement device.
  • the membrane 220 is hereby arranged along a main side of the distribution chamber 110. In other words, the membrane 220 limits the
  • reagents 250 are arranged.
  • one of the reagents 250 is arranged in one of the partial volume sections of the distribution chamber 110.
  • four packages or cans of reagents 250 are disposed in the partitioning chamber 110.
  • the reagents 250 are arranged on a main surface of the partitioning chamber 110 opposite the membrane 220.
  • reagents 250 for detection reactions can be arranged or arranged in at least a subset of the subvolume sections of the splitting chamber 110.
  • FIG. 2A shows a layer construction 260 of the microfluidic system 100 in which the partitioning chamber 110, the membrane 220 and the reagents 250 are arranged.
  • the layer structure 260 has a
  • Joining layer 262, a base layer 264 and a cover layer 266 Joining layer 262, a base layer 264 and a cover layer 266.
  • the joining layer 262, the base layer 264 and the cover layer 266 are
  • a recess corresponding to the partitioning chamber 110 in a one-sided open state is formed in the base layer 264.
  • the membrane 220 extends over the recess in the Base layer 264 spans the recess.
  • Partitioning chamber 110 bounded by the base layer 264 and the membrane 220.
  • the membrane 220 is arranged between the base layer 264 and the bonding layer 262.
  • the cover layer 266 is arranged on a surface of the joining layer 262 facing away from the membrane 220.
  • passage openings or channels 270 are formed.
  • the channels 270 are configured to conduct a medium for deflecting the membrane 220.
  • the channels 270 are formed into the distribution chamber 110 opening.
  • a pressure can be applied to the channels 270 from the outside in order to pressurize the medium in order to deflect the membrane 220.
  • the membrane 220 is in FIG.
  • Area of the partial volume sections of the distribution chamber 110 at least partially undeflectable connected to a surface of the joining layer 262, which represents a main surface of the distribution chamber 110. Furthermore, the membrane 220 outside the partial volume sections of the distribution chamber 110 at least partially in abutment against one of the membrane 220 and the
  • FIG. 2B shows the part of the microfluidic system 100 shown in FIG. 2A in a schematic plan view.
  • a section line A-A in FIG. 2B illustrates a sectional plane of the sectional view from FIG. 2A.
  • the distribution chamber 110, the introduction opening 130, the outlet opening 140, the reagents 250 and the channels 270 are shown in FIG. 2B.
  • the channels 270 in this case have openings or mouth openings in each of the partial volume sections.
  • the channels 270 have a common connection opening 275 at an end facing away from the mouth openings. Via the connection opening 275, a medium which can be filled into the channels 270 can be pressurized.
  • deflection portions 280 of the membrane are shown.
  • the membrane is deflectable and outside the deflection sections 280 is the membrane with the bonding layer of the
  • the deflection portions 280 are annular and surround each of the partial volume sections in the partitioning chamber 110.
  • FIG. 2C shows a schematic sectional view of the microfluidic system 100 from FIG. 2A or FIG. 2B in a filled state of the distribution chamber 110.
  • a sectional plane in FIG. 2C corresponds to the sectional plane from FIG. 2A and corresponds to a representation in FIG. 2C 2A, with the exception that an internal volume of the distribution chamber 110 with the
  • Input volume 290 of the sample solution is filled.
  • FIG. 2D shows a schematic sectional illustration of the microfluidic system 100 from FIG. 2C in an actuated state of the membrane 220.
  • the membrane 220 is deflected in the deflection sections 280 illustrated in FIG. 2B.
  • the input volume shown in FIG. 2D shows a schematic sectional illustration of the microfluidic system 100 from FIG. 2C in an actuated state of the membrane 220.
  • the membrane 220 is deflected in the deflection sections 280 illustrated in FIG. 2B.
  • Partial volume sections and arranged outside the partial volume sections.
  • FIG. 2E shows a schematic sectional view of the microfluidic system 100 from FIG. 2D in a partially rinsed state.
  • the residual volume shown in FIG. 2D is displaced by a rinsing solution X, for example oil or the like.
  • a rinsing solution X for example oil or the like.
  • FIGS. 2A to 2 E show an exemplary embodiment of the microfluidic system 100, in which, on one of two main sides of FIG
  • the flexible membrane 220 is attached.
  • the channels 270 are formed, by means of which the deflection sections 280 of the flexible membrane 220 can be stretched or deflected. Due to a circular disposal of the flexible membrane 220 with the bonding layer 262, the available
  • the membrane 220 in the deflected state is circularly engageable with the side of the base layer 264 of the partitioning chamber 110, as shown particularly in FIG. 2D.
  • the upstream reagents 250 are arranged.
  • FIG. 2A shows a filled distribution chamber 110. If an overpressure is applied to the channels 270, the membrane 220 or optionally several sub-membranes in the deflection sections 280 are deflected. In this embodiment, the sample solution is completely or completely of a solid, namely the membrane 220 and the
  • the resulting donut-shaped deflection sections 280 include the sub-volumes 292 and a subset of the sample solution, respectively.
  • a reaction for example a thermally triggered reaction in a PCR, can be carried out on the partial volumes 292.
  • the advantage here is that in particular fluorescent substances in the
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of a microfluidic system 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the microfluidic system 100 illustrated in FIG. 3 is, for example, the microfluidic system of FIG. 1, which is shown in FIG. 3 in another partial section, in more detail and / or in a specific embodiment variant.
  • the microfluidic system 100 shown in FIG. 3 corresponds to the microfluidic system of FIGS. 2A to 2E except that the membrane 220 has the joining layer 262 in different manners and the channels in the joining layer 262 are omitted in the illustration. More specifically, Fig. 3 is similar to Fig. 2E.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment for a division or aliquoting of sample solutions.
  • the distribution chamber 110 the membrane 220, the layer structure 260, the bonding layer 262, the base layer 264, the cover layer 266,
  • the flexible membrane 220 is connected in its entirety to the joining layer 262 in the regions of the partial volume sections.
  • FIG. 4A shows a schematic representation of a microfluidic system 100 according to an embodiment of the present invention in one
  • the microfluidic system 100 illustrated in FIG. 4A is, for example, the microfluidic system of FIG. 1, which is shown in another partial section in FIG. 4A, in more detail and / or in a concrete section
  • Embodiment variant is shown.
  • the illustration in FIG. 4A is similar to the representation from FIG. 2B.
  • a partitioning chamber 110 In FIG. 4A, a partitioning chamber 110, an introduction port 130, an outlet port 140, a plurality of, for example, nine portions or doses of reagents 250 and a plurality of, for example, twelve pillars 420, the columns 420 as the displacing means act.
  • Positions of the reagents 250 correspond to positions of the partial volume sections of the distribution chamber 110.
  • each portion of the reagents 250 is arranged between two columns 420.
  • FIG. 4A shows a section line B-B which illustrates a sectional plane through the microfluidic system 100 for FIG. 4B.
  • the microfluidic system 100 comprises a first microfluidic channel or the introduction opening 130, through which the
  • Partitioning chamber 110 is filled with a sample solution for displacement of air and wetting of the partial volume sections. Excess sample solution can be discharged via a second microfluidic channel or the outlet opening 140.
  • the partitioning chamber 110 has the plurality of pillars 420 in a regular arrangement. A liquid film in a filled state of the distribution chamber 110 is thus pierced at defined locations by the columns 420. In gaps between the columns 420, the reagents 250 are preceded.
  • FIG. 4B shows a schematic sectional illustration of the microfluidic system 100 from FIG. 4A.
  • the partitioning chamber 110 is divided by the pillars 420 into the partial volume sections 115.
  • the reagents 250 are arranged in the partial volume sections 115.
  • a layer structure 260 of the microfluidic system 100 is also shown in FIG. 4B.
  • the layer structure 260 has a joining layer 262 and a base layer 264.
  • Distribution chamber 110 as one covered with the bonding layer 262
  • FIG. 4C shows the microfluidic system 100 of FIG. 4A or FIG. 4B in a filled state of the partitioning chamber 110.
  • the partitioning chamber 110 is filled with an input volume 290 of the sample solution.
  • FIG. 4D shows the microfluidic system 100 of FIGS. 4A and 4B and FIG. 4C in a partially rinsed state.
  • part of the input volume shown in FIG. 4C is displaced by a rinsing solution X, for example oil or the like.
  • a rinsing solution X for example oil or the like.
  • FIG. 4D shows the partitioning chamber 110 as a PCR chamber in a condition provided for a PCR reaction.
  • Partitioning chamber 110 is filled with the sample solution as shown in FIG. 4C with a sample solution or a PCR reaction mix, for example, oil is introduced as flushing solution X through the introduction opening 130 into the partitioning chamber 110 directly thereafter.
  • a portion of the sample solution not located between the columns 420 is removed from the partitioning chamber 110 via the outlet port 140.
  • Partial quantities of the sample solution can be fixed in partial volume sections due to increased surface interaction. This can be supported by a hydrophilic coating of the partial volume sections and by a hydrophobization of the surrounding or outside of the partial volume sections arranged areas of
  • Dividing chamber 110 In other words, the partial volumes 292 of the sample solution are bounded on four sides by a solid and on two sides by rinsing solution X, for example oil.
  • the partitioning chamber 110 for promoting the partitioning of the input volume 290 into the sub-volumes 292 includes the columns 420 as the
  • the partitioning chamber 110 may additionally or alternatively have columns also hydrophilic sections and / or hydrophobic sections as displacement means.
  • FIG. 5 shows a flowchart of a method 500 according to a
  • the method 500 is a method of analyzing a sample solution.
  • the method 500 is in conjunction with or using a microfluidic System as one of the microfluidic systems of Figures 1 to 4D executable.
  • the method 500 includes a step 510 of providing a
  • microfluidic system is therefore one of the microfluidic systems of FIGS. 1 to 4D, for example.
  • a subsequent step 520 of the introduction which can be carried out with respect to the step 510 of the provision, an input volume of the sample solution is introduced into the distribution chamber of the microfluidic system.
  • a step 530 of the operation subsequent to the step 520 of the insertion the displacer is operated to move the
  • the method 500 further comprises a step 540 of executing, after the step 530 of actuating
  • Partial volume sections by means of at least a subset of
  • Partial volume sections of the distribution chamber arranged reagents Partial volume sections of the distribution chamber arranged reagents.
  • the method 500 also has a step 550 of evaluating results of the detection reactions.
  • the step 550 of the evaluation is in this case during the step 540 of performing
  • FIG. 6 shows a flowchart of a method 600 according to FIG.
  • the method 600 is a method of fabricating a microfluidic system for analyzing a sample solution. By performing the method 600, a microfluidic system such as one of the microfluidic systems of FIGS. 1 to 4D can be produced.
  • the method 600 includes a step 610 of forming a
  • Distribution chamber a plurality of partial volume sections for receiving having usable for detection reactions partial volumes of the sample solution.
  • Dividing chamber formed with a plurality of partial volume sections Furthermore, the method 600 includes a step 620 of arranging a
  • Displacement device which is designed to the input volume in the
  • the method 600 for manufacturing can be carried out in particular using polymer substrates for the microfluidic system. Structures in the polymer substrates can be obtained, for example, by milling, injection molding,
  • Hot embossing or laser structuring can be generated within the process 600.
  • Material examples include for example for such polymer substrates in this case thermoplastics, z. As PC, PP, PE, PMMA, COP, COC or the like, for a membrane or polymer membrane as a displacement device
  • thermoplastic elastomer TPU thermoplastic elastomer
  • TPS thermoplastic elastomer
  • thermoplastics hot-melt adhesive films, sealing films for microtiter plates or
  • Sucrose, xanthan, etc. polymers, e.g. Alkanes, alkenes, alkynes, d. H. Paraffins and oils, or polyethylene glycol or detergents such as Tween,
  • Method 600 can be produced, with respect to a thickness of a
  • Polymer substrates for example, 0.5 to 5 millimeters, in terms of a
  • Channel diameter in polymer substrates for example 10 microns to 3 millimeters, with respect to a thickness of the polymer membrane, for example, 5 to 500
  • Micrometer and with respect to a volume of cavities or chambers in the polymer substrates for example 1 to 1000 cubic millimeters.
  • one of the methods 500 or 600 of any one of Figures 5 and 6, respectively may also include a step of placing reagents for the detection reactions in at least a subset of the partial volume sections of the partitioning chamber.
  • the reagents are, for example, PCR primers and probes for specific detection of DNA fragments or the like.
  • the reagents can be preceded so that they only after a certain time or timed or at a certain temperature or be temperature-controlled by the sample solution or rehydrated.
  • xanthan, trehalose or the like may, inter alia, be used.
  • an exemplary embodiment comprises an "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein mikrofluidisches System (100) zum Analysieren einer Probenlösung. Das mikrofluidische System (100) weist eine Aufteilungskammer (110) zum Aufnehmen eines Eingangsvolumens der Probenlösung auf. Dabei weist die Aufteilungskammer (110) eine Mehrzahl von Teilvolumenabschnitten (115) zum Aufnehmen von für Nachweisreaktionen verwendbaren Teilvolumina der Probenlösung auf. Das mikrofluidische System (100) weist auch eine eine Verdrängungseinrichtung (120) auf, die ausgebildet ist, um das Eingangsvolumen in die Mehrzahl von Teilvolumina aufzuteilen.

Description

Beschreibung
Titel
Mikrofluidisches System sowie Verfahren zum Analysieren einer Probenlösung und Verfahren zum Herstellen eines mikrofluidischen Systems zum Analysieren einer Probenlösung
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein mikrofluidisches System zum Analysieren einer Probenlösung, auf ein Verfahren zum Analysieren einer Probenlösung und auf ein Verfahren zum Herstellen eines mikrofluidischen Systems zum Analysieren einer Probenlösung.
Mikrofluidische Diagnosesysteme wie Chiplabore bzw. Labs-on-Chip (LoC) erlauben eine miniaturisierte und integrierte Durchführung komplexer fluidischer Arbeitsabläufe insbesondere für den spezifischen Nachweis verschiedenster Moleküle. Die DE 10 2009 035 270 AI beschreibt einen Einweg- Multiplex- Polymerase- Kettenreaktions-Chip und ein Polymerase- Kettenreaktionsgerät.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein mikrofluidisches System zum Analysieren einer Probenlösung, ein Verfahren zum Analysieren einer Probenlösung und ein Verfahren zum Herstellen eines mikrofluidischen Systems zum Analysieren einer Probenlösung gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann insbesondere ein mikrofluidisches System bereitgestellt werden, das als Aufteilungskammer eine zentrale Kammer für die Aufnahme einer Probenlösung aufweist. Durch einen Verdrängungsmechanismus bzw. eine Anbringung einer flexiblem Membran, die an definierten Stellen auslenkbar bzw. verformbar ist, kann eine vorteilhafte Manipulation von Flüssigkeiten bzw. flüssigen Proben ermöglicht werden. Ist oder wird die Kammer mit einer Probenlösung befüllt, könen durch Auslenken der
Membran einzelne Teilvolumina bzw. Reaktionskammern entstehen und
Teilmengen bzw. Teilvolumina eines eingebrachten Probevolumens
einschließen. Optional kann zur Probenaufteilung auch eine Modifikation von Oberflächen der Kammer an definierten Stellen realisiert werden, um
beispielsweise hydrophile und/oder hydrophobe Eigenschaften zu erreichen.
Zusätzlich oder alternativ kann eine physische Unterteilung der Kammer durch Säulen oder dergleichen realisiert werden. Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können geeignete Strukturen und Prozessabläufe für eine Unterteilung und Verteilung einer Probenlösung auf mehrere Teilvolumina bzw. Reaktionskammern bereitgestellt werden, um die Probenlösung mit eigenständigen und abgeschlossenen Reaktionen auf verschiedene Parameter hin untersuchen zu können.
Vorteilhafterweise kann gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein integriertes Aufteilungsprinzip bzw. Aliquotierprinzip für ein mikrofluidisches
System bereitgestellt werden, das sich dadurch weiter miniaturisieren lässt und auch in einem Parallelisierungsgrad hinsichtlich einer Probenanalyse steigerbar ist. In jeder geschaffenen Reaktionskammer bzw. an jedem Teilvolumen kann beispielsweise eine separate Nachweisreaktion durchgeführt werden bzw. kann die Probenlösung auf verschiedene Parameter hin untersucht werden.
Verschiedene Nachweisreaktionen können dabei innerhalb einer Methode oder methodenübergreifend durchgeführt werden. Letzteres hat zudem den Vorteil, dass eine Probenlösung mittels verschiedener Methoden analysiert werden kann. Somit können Zeit und Kosten eingespart werden. Durch eine physische
Abtrennbarkeit der einzelnen Reaktionskammern bzw. Teilvolumina können
Querkontaminationen und dadurch Kreuzreaktionen ausgeschlossen oder minimiert werden. Auch kann beispielsweise ein Einsatz eines DNA-Mikroarrays zum Nachweis unterschiedlicher DNA-Moleküle vermieden werden.
Insbesondere dadurch, dass Nachweisreaktionen in einer homogenen Phase durchführbar sind, kann eine beschleunigte Reaktionskinetik erzielt werden, was sich positiv auf eine Analysezeitdauer bzw. Time-to-result und auf eine
Sensitivität auswirken kann.
Es wird ein mikrofluidisches System zum Analysieren einer Probenlösung vorgestellt, wobei das mikrofluidische System folgende Merkmale aufweist: eine Aufteilungskammer zum Aufnehmen eines Eingangsvolumens der
Probenlösung, wobei die Aufteilungskammer eine Mehrzahl von
Teilvolumenabschnitten zum Aufnehmen von für Nachweisreaktionen
verwendbaren Teilvolumina der Probenlösung aufweist; und eine Verdrängungseinrichtung, die ausgebildet ist, um das Eingangsvolumen in die Mehrzahl von Teilvolumina aufzuteilen. Bei dem mikrofluidischen System kann es sich um ein analytisches System handeln, insbesondere ein mikrofluidisches Lab-on-Chip-System bzw. Chiplabor- System zur medizinischen Diagnostik, mikrobiologischen Diagnostik oder Umweltanalytik. Das mikrofluidische System kann einen Abschnitt zum
Einbringen der Probenlösung in das mikrofluidische System und zusätzlich oder alternativ eine Aktuierungseinheit aufweisen, um der Aufteilungskammer die
Probelösung und optional Stoffe zum Vorbereiten und Analysieren der
Probenlösung zuzuführen. Als Probenlösung kann eine zu analysierende Flüssigkeit, typischerweise eine flüssige oder verflüssigte Patientenprobe, z. B. Blut, Urin, Stuhl, Sputum, Liquor, Lavage, ein ausgespülter Abstrich oder eine verflüssigte Gewebeprobe, oder eine Probe eines nichtmenschlichen Materials bezeichnet werden. Das Eingangsvolumen der Probenlösung kann einem in die Aufteilungskammer eingebrachten Volumen der Probenlösung entsprechen. In den Teilvolumenabschnitten können die Teilvolumina der Probenlösung mittels der Verdrängungseinrichtung aggregiert bzw. vereinzelt werden. Anders ausgedrückt kann die Verdrängungseinrichtung ausgebildet sein, um die
Teilvolumina der Probenlösung in den Teilvolumenabschnitten zu aggregieren bzw. zu vereinzeln. Insbesondere kann die Verdrängungseinrichtung ausgebildet sein, um die Probenlösung zu aliquotieren. Unter Aliquotieren kann ein
Unterteilen von großen in kleine Flüssigkeitsvolumina und deren Einschließen in einzelne Reaktionskammern bzw. Teilvolumenabschnitte verstanden werden. Die Probenlösung kann dabei in gleich große oder unterschiedlich große
Teilvolumenabschnitte, Teilevolumina oder Reaktionskammern aufgeteilt werden. Beispielsweise kann die Verdrängungseinrichtung auch ausgebildet sein, um ein sogenanntes Metering an der Probenlösung durchzuführen. Ferner kann die Verdrängungseinrichtung ausgebildet sein, um eine physische Separation der Teilvolumina voneinander zu bewirken. Mittels der Verdrängungseinrichtung bzw. Aliqoutierstruktur können in einem Chiplabor-System bzw. Lab-on-Chip-System Probenlösungen beispielsweise parallel mittels multipler Nachweisreaktionen analysiert werden. Bei den Nachweisreaktionen kann es sich beispielsweise um Reaktionen aus den Bereichen Nukleinsäreanalytik,
Verdünnungsreihenexperimente wie zum Beispiel Wirksamkeitstests,
Immunoassays, klinischer Chemie etc. handeln.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Verdrängungseinrichtung ausgebildet sein, um das Eingangsvolumen in die Mehrzahl von Teilvolumina und ein
Restvolumen aufzuteilen. Hierbei kann die Verdrängungseinrichtung ausgebildet sein, um eine in dem Restvolumen befindliche Probenlösung aus der
Aufteilungskammer zu verdrängen. Alternativ kann hierbei die
Verdrängungseinrichtung ausgebildet sein, um eine in dem Restvolumen befindliche Probenlösung aus der Aufteilungskammer ausspülbar bereitzustellen. Das Restvolumen der Probelösung kann dabei außerhalb der Volumenabschnitte der Aufteilungskammer angeordnet sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass Lufteinschlüsse in der Aufteilungskammer vermieden oder minimiert werden können und zusätzlich oder alternativ eine einfache Abfuhr des
Restvolumens aus der Aufteilungskammer ermöglicht wird.
Insbesondere kann die Verdrängungseinrichtung zumindest eine auslenkbare, flexible Membran aufweisen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass in unaufwendig zu realisierender Weise eine zuverlässige Aufteilung der Probenlösung erreicht werden kann.
Dabei kann die zumindest eine Membran im Bereich der Teilvolumenabschnitte mindestens teilflächig unauslenkbar mit einer Hauptoberfläche der
Aufteilungskammer verbunden sein. Hierbei kann die zumindest eine Membran außerhalb der Teilvolumenabschnitte mindestens teilflächig in Anlage gegen eine gegenüberliegende Hauptoberfläche der Aufteilungskammer auslenkbar sein. Insbesondere kann die Membran mittels kreisförmiger oder flächiger Verfügung mit einer Fügeschicht eines Schichtaufbaus des mikrofluidischen Systems verbunden sein. Die Membran kann ringförmig bzw. Donut-förmig mit der gegenüberliegenden Hauptoberfläche der Aufteilungskammer in Kontakt bringbar sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass auf besonders einfache Weise Teilvolumina der Probenlösung gebildet bzw. voneinander isoliert werden können. Auch kann dabei eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen zum Leiten eines
Mediums zum Auslenken der zumindest einen Membran vorgesehen sein, wobei die Durchgangsöffnungen in die Aufteilungskammer mündend ausgeformt sein können. Bei dem Medium kann es sich beispielsweise um Druckluft, Öl oder dergleichen handeln. Auf einer von Mündungsöffnungen der
Durchgangsöffnungen abgewandten Seite der Durchgangsöffnungen können
Mittel zum Anlegen von Druck an das Medium angeordnet sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Membran auf diese Weise konstruktiv unaufwendig sowie zuverlässig und für eine definierte Zeitdauer ausgelenkt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform können in zumindest einer Teilmenge der Teilvolumenabschnitte der Aufteilungskammer Reagenzien für
Nachweisreaktionen anordenbar oder angeordnet sein. Anders ausgedrückt kann die Aufteilungskammer in zumindest einer Teilmenge der
Teilwohnungsabschnitte vorgelagerte Reagenzien aufweisen. Die Reagenzien können hierbei identisch, gleichartig oder unterschiedlich sein. Eine solche Vorlagerung unterschiedlicher Reagenzien in unterschiedlichen Bereichen der Aufteilungskammer bietet den Vorteil, dass in jedem Teilvolumenabschnitt eine eigenständige Reaktion an einem Teilvolumen der Probenlösung durchgeführt werden kann.
Auch kann die Aufteilungskammer eine Einbringöffnung zum Einbringen der Probenlösung und optional zumindest eines weiteren Stoffs in die
Aufteilungskammer und mindestens eine Auslassöffnung zum Auslassen von Stoffen aus der Aufteilungskammer aufweisen. Bei dem zumindest einen weiteren Stoff kann es sich um Reagenzien für Nachweisreaktionen,
Spüllösungen etc. handeln. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass Stoffe auf einfache Weise in die Aufteilungskammer eingebracht sowie aus derselben abgeführt werden können.
Ferner kann die Aufteilungskammer zum Fördern des Aufteilens des
Eingangsvolumens in die Teilvolumina hydrophile Teilabschnitte, hydrophobe Teilabschnitte und zusätzlich oder alternativ Säulen aufweisen. Beispielsweise kann die Aufteilungskammer in den Teilvolumenabschnitten zumindest partiell eine hydrophile Oberfläche aufweisen und zusätzlich oder alternativ außerhalb der Teilvolumenabschnitte zumindest partiell eine hydrophobe Oberfläche aufweisen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Aufteilung der Probenlösung in die Teilvolumina beschleunigt und/oder vereinfacht werden kann.
Ferner wird ein Verfahren zum Analysieren einer Probenlösung vorgestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Bereitstellen einer Ausführungsform des vorstehend genannten mikrofluidischen Systems;
Einbringen eines Eingangsvolumens der Probenlösung in die
Aufteilungskammer; und
Betätigen der Verdrängungseinrichtung, um das Eingangsvolumen in die
Mehrzahl von Teilvolumina aufzuteilen.
Das Verfahren kann in Verbindung mit einer Ausführungsform des vorstehend genannten mikrofluidischen Systems vorteilhaft ausgeführt werden, um die Probenlösung zu analysieren. Im Schritt des Betätigens kann die
Verdrängungseinrichtung derart betätigt werden, dass die Teilvolumina mittels der Verdrängungseinrichtung für eine definierbare Zeitdauer physisch getrennt bleiben. Auch kann das Verfahren nach dem Schritt des Betätigens einen Schritt des Zwischenspülens der Aufteilungskammer aufweisen, um außerhalb der Teilvolumenabschnitte angeordnetes Restvolumen der Probenlösung aus der Aufteilungskammer herauszuspülen.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren auch einen Schritt des Durchführens von Nachweisreaktionen an den Teilvolumina der Probenlösung in den Teilvolumenabschnitten mittels in zumindest einer Teilmenge der
Teilvolumenabschnitte der Aufteilungskammer angeordneter Reagenzien aufweisen. Ferner kann das Verfahren einen Schritt des Auswertens von
Ergebnissen der Nachweisreaktionen aufweisen. Dabei kann der Schritt des Auswertens während und zusätzlich oder alternativ nach dem Schritt des
Durchführens von Nachweisreaktionen ausgeführt werden. Auch kann das Verfahren einen Schritt des Anordnens von Reagenzien für den
Nachweisreaktionen in zumindest einer Teilmenge der Teilvolumenabschnitte der Aufteilungskammer aufweisen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine Zeit und Platz sparende Möglichkeit zum Analysieren der
Probenlösung bereitgestellt werden kann. Wenn der Schritt des Auswertens während des Schrittes des Durchführens von Nachweisreaktionen ausgeführt wird, kann eine Echtzeitmessung durchgeführt werden, wobei quantitative Informationen erhoben werden können.
Insbesondere kann eine Anwendung für eine verschachtelte Polymerase- Kettenreaktion bzw. Nested-PCR (PCR = Polymerase Chain Reaction) vorteilhaft sein. Durch Amplifikation eines längeren DNA-Bereiches, auf dem beispielsweise mehrere Ziel-Sequenzen liegen, aus der Probenlösung in einer ersten PCR, die beispielsweise in einer von der Aufteilungskammer getrennten Kammer durchgeführt werden kann, kann genügend Material für
Einzelnachweisreaktionen im Rahmen einer zweiten PCR erzeugt werden, die beispielsweise in der Aufteilungskammer durchgeführt werden kann. Somit kann vermieden werden, dass zu untersuchendes Probenmaterial, das häufig sehr wenige Ziel-Moleküle enthalten kann, direkt bzw. ohne Voramplifikation auf mehrere Reaktionskammern verteilt wird, wobei die einzelnen Kammern zu wenig genetisches Ausgangsmaterial für eine Nachweisreaktion enthalten können. Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines mikrofluidischen Systems zum Analysieren einer Probenlösung vorgestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Ausformen einer Aufteilungskammer zum Aufnehmen eines Eingangsvolumens der Probenlösung, sodass die Aufteilungskammer eine Mehrzahl von
Teilvolumenabschnitten zum Aufnehmen von für Nachweisreaktionen verwendbaren Teilvolumina der Probenlösung aufweist; und
Anordnen einer Verdrängungseinrichtung, die ausgebildet ist, um das
Eingangsvolumen in die Mehrzahl von Teilvolumina aufzuteilen, relativ zu der Aufteilungskammer.
Durch Ausführen des Verfahrens kann eine Ausführungsform des vorstehend genannten mikrofluidischen Systems vorteilhaft hergestellt werden. Dabei kann das mikrofluidische System durch Ausführen der Schritte des Verfahrens insbesondere aus Polymersubstraten beispielsweise durch Fräsen, Spritzguss, Heißprägen, Laserstrukturierung etc. erzeugt werden.
Der hier vorgestellte Ansatz wird nachstehend anhand der beigefügten
Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines mikrofluidischen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Figuren 2A bis 4D Darstellungen von mikrofluidischen Systemen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Analysieren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren
dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche
Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines mikrofluidischen Systems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das
mikrofluidische System 100 ist ausgebildet, um eine Probenlösung zu
analysieren. Das mikrofluidische System 100 ist beispielsweise als analytisches
System, insbesondere für mikrofluidische Lab-on-Chip-Systeme bzw. LoC- Systeme zur Umweltanalytik oder medizinischen Diagnostik einsetzbar bzw. verwendbar. Das mikrofluidische System 100 weist eine Aufteilungskammer 110 zum
Aufnehmen eines Eingangsvolumens der Probenlösung auf. Dabei entspricht das Eingangsvolumen der Probenlösung maximal einem Innenvolumen oder einem Fassungsvermögen der Aufteilungskammer 110. Die Aufteilungskammer 110 weist eine Mehrzahl von Teilvolumenabschnitten 115 auf. Dabei ist die Aufteilungskammer 110 in die Mehrzahl von
Teilvolumenabschnitten 115 unterteilt. Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sowie darstellungsbedingt sind beispielhaft lediglich vier Teilvolumenabschnitte 115 der Aufteilungskammer 110 gezeigt, wobei ein mikrofluidisches System gemäß einem anderen
Ausführungsbeispiel eine hiervon abweichende Anzahl von
Teilvolumenabschnitten 115 aufweisen kann. Die Teilvolumenabschnitte 115 sind hierbei in Fig. 1 lediglich zur Veranschaulichung explizit eingezeichnet, denn die Aufteilungskammer 110 ist gemäß dem in Fig. 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als eine einheitliche bzw.
durchgehende Kammer ausgeformt.
Die Mehrzahl von Teilvolumenabschnitten 115 sind ausgebildet, um Teilvolu der Probenlösung aufzunehmen. Hierbei ist jeder Teilvolumenabschnitt 115 ausgebildet, um ein Teilvolumen der Probenlösung aufzunehmen. Die Teilvolumina der Probenlösung sind dabei für Nachweisreaktionen an der Probenlösung verwendbar.
Von dem mikrofluidischen System 100 ist in Fig. 1 ferner eine
Verdrängungseinrichtung 120 dargestellt. Somit weist das mikrofluidische System 100 auch die Verdrängungseinrichtung 120 auf. Die
Verdrängungseinrichtung 120 ist ausgebildet, um das Eingangsvolumen der Probenlösung in die Mehrzahl von Teilvolumina der Probenlösung aufzuteilen. In einem aufgeteilten Zustand sind mittels einer Betätigung bzw. Wirkung der Verdrängungseinrichtung 120 die Teilvolumina im Bereich der
Teilvolumenabschnitte 115 angeordnet.
Insbesondere ist die Verdrängungseinrichtung 120 ausgebildet, um das
Eingangsvolumen in die Mehrzahl von Teilvolumina und ein Restvolumen aufzuteilen. Dabei ist die Verdrängungseinrichtung 120 ausgebildet, um eine in dem Restvolumen befindliche Probenlösung in einer ersten Variante aus der Aufteilungskammer 110 ausspülbar bereitzustellen, wie es beispielsweise in den Figuren 2A bis 2E sowie 4A bis 4D gezeigt ist, oder in einer zweiten Variante aus der Aufteilungskammer 110 zu verdrängen, wie es beispielsweise in Fig. 3 gezeigt ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Aufteilungskammer 110 eine Einbringöffnung 130 zum Einbringen der Probenlösung und optional zumindest eines weiteren Stoffs in die Aufteilungskammer 110 und eine Auslassöffnung 140 zum Auslassen von Stoffen aus der Aufteilungskammer 110 auf. Optional kann die Aufteilungskammer 110 eine Mehrzahl von Auslassöffnungen 140 aufweisen.
Nachfolgende Ausführungsbeispiele von mikrofluidischen Systemen bzw.
Aliquotierstrukturen werden beispielhaft für eine verschachtelte Polymerase- Kettenreaktion bzw. eine sogenannte Nested-PCR beschrieben, sind jedoch nicht beschränkt auf diese molekularbiologische Methode.
Fig. 2A zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines mikrofluidischen Systems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dem in Fig. 2A dargestellten mikrofluidischen System 100 handelt es sich beispielsweise um das mikrofluidische System aus Fig. 1, das in Fig. 2A in einem anderen Teilausschnitt, detaillierter und/oder in einer konkreten
Ausführungsvariante dargestellt ist. Dabei sind von dem mikrofluidischen System 100 in Fig. 2A die Aufteilungskammer 110 sowie dieselbe umgebende Abschnitte des mikrofluidischen Systems 100 dargestellt. Anders ausgedrückt zeigt Fig. 2A eine Schnittdarstellung der Aufteilungskammer 110 eines mikrofluidischen Systems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Gemäß dem in Fig. 2A dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist die Aufteilungskammer 110 ein rechteckiges Querschnittsprofil auf. Das mikrofluidische System 100 weist beispielhaft lediglich eine
auslenkbare, flexible Membran 220 als Verdrängungseinrichtung auf. Die Membran 220 ist hierbei entlang einer Hauptseite der Aufteilungskammer 110 angeordnet. Anders ausgedrückt begrenzt die Membran 220 die
Aufteilungskammer 110 auf einer von vier Seiten des in Fig. 2A
Querschnittsprofils der Aufteilungskammer 110.
In der Aufteilungskammer 110 sind Reagenzien 250 angeordnet. Dabei ist jeweils eines der Reagenzien 250 in einem der Teilvolumenabschnitte der Aufteilungskammer 110 angeordnet. In Fig. 2A sind somit lediglich beispielhaft vier Pakete bzw. Dosen von Reagenzien 250 in der Aufteilungskammer 110 angeordnet. Dabei sind die Reagenzien 250 an einer der Membran 220 gegenüberliegenden Hauptoberfläche der Aufteilungskammer 110 angeordnet. Optional sind in zumindest einer Teilmenge der Teilvolumenabschnitte der Aufteilungskammer 110 Reagenzien 250 für Nachweisreaktionen anordenbar oder angeordnet.
In Fig. 2A ist ein Schichtaufbau 260 bzw. Schichtverbund des mikrofluidischen Systems 100 gezeigt, in welchem die Aufteilungskammer 110, die Membran 220 und die Reagenzien 250 angeordnet sind. Der Schichtaufbau 260 weist eine
Fügeschicht 262, eine Grundschicht 264 und eine Deckschicht 266 auf. Die Fügeschicht 262, die Grundschicht 264 und die Deckschicht 266 sind
beispielsweise Polymersubstrate. In der Grundschicht 264 ist eine Vertiefung ausgeformt, welche der Aufteilungskammer 110 in einem einseitig offenen Zustand entspricht. Die Membran 220 erstreckt sich über die Vertiefung in der Grundschicht 264 hinweg bzw. überspannt die Vertiefung. Somit ist die
Aufteilungskammer 110 durch die Grundschicht 264 und die Membran 220 begrenzt. Hierbei ist die Membran 220 zwischen der Grundschicht 264 und der Fügeschicht 262 angeordnet. Die Deckschicht 266 ist an einer von der Membran 220 abgewandten Oberfläche der Fügeschicht 262 angeordnet.
In der Fügeschicht 262 sind Durchgangsöffnungen bzw. Kanäle 270 ausgeformt. In der Darstellung von Fig. 2A sind beispielhaft lediglich vier Kanäle 270 gezeigt. Die Kanäle 270 sind ausgebildet, um ein Medium zum Auslenken der Membran 220 zu leiten. Auch wenn es aus Fig. 2A darstellungsbedingt nicht hervorgeht, sind die Kanäle 270 in die Aufteilungskammer 110 mündend ausgeformt. Hierbei ist an die Kanäle 270 von extern ein Druck anlegbar, um das Medium mit Druck zu beaufschlagen, um die Membran 220 auszulenken. Auch wenn es in Fig. 2A nicht explizit erkennbar ist, so ist die Membran 220 im
Bereich der Teilvolumenabschnitte der Aufteilungskammer 110 mindestens teilflächig unauslenkbar mit einer Oberfläche der Fügeschicht 262 verbunden, die eine Hauptoberfläche der Aufteilungskammer 110 repräsentiert. Ferner ist die Membran 220 außerhalb der Teilvolumenabschnitte der Aufteilungskammer 110 mindestens teilflächig in Anlage gegen eine der Membran 220 bzw. der
Fügeschicht 262 gegenüberliegende Hauptoberfläche der Aufteilungskammer 110 auslenkbar.
Fig. 2B zeigt den in Fig. 2A dargestellten Teil des mikrofluidischen Systems 100 in einer schematischen Draufsicht. Hierbei veranschaulicht eine Schnittlinie A-A in Fig. 2B eine Schnittebene der Schnittdarstellung aus Fig. 2A. Von dem mikrofluidischen System 100 sind dabei in Fig. 2B die Aufteilungskammer 110, die Einbringöffnung 130, die Auslassöffnung 140, die Reagenzien 250 und die Kanäle 270 gezeigt.
Lediglich beispielhaft sind in der Aufteilungskammer 110 des mikrofluidischen Systems 100 hierbei zwölf Pakete mit Reagenzien 250 angeordnet, somit weist die Aufteilungskammer 110 beispielhaft zwölf Teilvolumenabschnitte auf. Die Kanäle 270 weisen hierbei Mündungen bzw. Mündungsöffnungen in jedem der Teilvolumenabschnitte auf. Dabei sind die Mündungsöffnungen durch die Membran überdeckt. Die Kanäle 270 weisen an einem von den Mündungsöffnungen abgewandten Ende eine gemeinsame Anschlussöffnung 275 auf. Über die Anschlussöffnung 275 ist ein in die Kanäle 270 einfüllbares Medium mit Druck beaufschlagbar.
Ferner sind in Fig. 2B Auslenkungsabschnitte 280 der Membran dargestellt. In den Auslenkungsabschnitten 280 ist die Membran auslenkbar und außerhalb der Auslenkungsabschnitte 280 ist die Membran mit der Fügeschicht des
Schichtaufbaus verbunden und somit unauslenkbar. Die Auslenkungsabschnitte 280 sind hierbei ringförmig und umgeben jeden der Teilvolumenabschnitte in der Aufteilungskammer 110.
Fig. 2C zeigt eine schematische Schnittdarstellung des mikrofluidischen Systems 100 aus Fig. 2A bzw. Fig. 2B in einem befüllten Zustand der Aufteilungskammer 110. Hierbei entspricht eine Schnittebene in Fig. 2C der Schnittebene aus Fig. 2A und entspricht eine Darstellung in Fig. 2C der Darstellung aus Fig. 2A mit der Ausnahme, dass ein Innenvolumen der Aufteilungskammer 110 mit dem
Eingangsvolumen 290 der Probenlösung befüllt ist.
Fig. 2D zeigt eine schematische Schnittdarstellung des mikrofluidischen Systems 100 aus Fig. 2C in einem betätigten Zustand der Membran 220. Hierbei ist die Membran 220 in den in Fig. 2B dargestellten Auslenkungsabschnitten 280 ausgelenkt. Somit ist das in Fig. 2C gezeigte Eingangsvolumen der
Probenlösung mittels der Membran 220 in Teilvolumina 292 innerhalb der Teilvolumenabschnitte sowie in ein Restvolumen 294 außerhalb der
Teilvolumenabschnitte aufgeteilt. In Fig. 2D sind darstellungsbedingt somit vier Teilvolumina 292 gezeigt. Das Restvolumen 294 ist zwischen den
Teilvolumenabschnitten sowie außerhalb der Teilvolumenabschnitte angeordnet.
Fig. 2E zeigt eine schematische Schnittdarstellung des mikrofluidischen Systems 100 aus Fig. 2D in einem teilweise gespülten Zustand. Hierbei ist das in Fig. 2D dargestellte Restvolumen durch eine Spüllösung X, beispielsweise Öl oder dergleichen, verdrängt. Somit sind die Teilvolumina 292 in den
Teilvolumenabschnitten von der Spüllösung X umgeben, wobei die Teilvolumina 292 bezüglich der Spüllösung X durch die ausgelenkten Auslenkungsabschnitte der Membran 220 abgedichtet sind.
Anders ausgedrückt zeigen die Figuren 2A bis 2 E ein Ausführungsbeispiel des mikrofluidischen Systems 100, bei dem an einer von zwei Hauptseiten der
Aufteilungskammer 110 bzw. an der Fügeschicht 262 die flexible Membran 220 angebracht ist. In der Fügeschicht 262 sind die Kanäle 270 ausgeformt, mittels derer die Auslenkungsabschnitte 280 der flexiblen Membran 220 gedehnt bzw. ausgelenkt werden können. Bedingt durch eine kreisförmige Verfügung der flexiblen Membran 220 mit der Fügeschicht 262, wobei die Verfügung
beispielsweise Konturen der Auslenkungsabschnitte 280 aus Fig. 2B entspricht, ist die Membran 220 in dem ausgelenkten Zustand kreisförmig mit der Seite der Grundschicht 264 der Aufteilungskammer 110 in Kontakt bringbar, wie es insbesondere in Fig. 2D gezeigt ist. Innerhalb von den Teilvolumenabschnitten entsprechenden Kreisen sind die vorgelagerten Reagenzien 250 angeordnet. Für eine Analyse wird die Probelösung bzw. ein PCR-Reaktionsmix in die
Aufteilungskammer 110 eingespült. Fig. 2A zeigt eine befüllte Aufteilungskammer 110. Wird an die Kanäle 270 ein Überdruck angelegt, wird die Membran 220 oder werden optional mehrere Teilmembranen in den Auslenkungsabschnitten 280 ausgelenkt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Probenlösung komplett bzw. vollflächig von einem Feststoff, nämlichen der Membran 220 und der
Grundschicht 264, eingegrenzt. Wie es in Fig. 2D gezeigt ist, schließen die entstehenden donutförmigen Auslenkungsabschnitte 280 die Teilvolumina 292 bzw. eine Teilmenge der Probenlösung ein. Bereits in diesem Zustand kann eine Reaktion, beispielsweise eine thermisch ausgelöste Reaktion bei einer PCR, an den Teilvolumina 292 durchgeführt werden. Es ist jedoch besonders vorteilhaft, zunächst in den Zwischenräumen zwischen den Teilvolumenabschnitten eingeschlossene Flüssigkeit des Restvolumens 294 beispielsweise durch Verdrängen mittels der Spüllösung X, beispielsweise mit Öl zu entfernen. Der Vorteil hierbei ist, dass insbesondere fluoreszierende Stoffe in den
Zwischenräumen entfernt werden, die sonst mit einem Auslesevorgang interferieren könnten. Vorteilhaft können somit eine vereinfachte Fluidik und eine verringerte Gefahr von Lufteinschlüssen in der Aufteilungskammer 110 ohne eine lokale Modifikation (hydrophil/hydrophob) von Oberflächen in der
Aufteilungskammer 110 erreicht werden. Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines mikrofluidischen Systems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem in Fig. 3 dargestellten mikrofluidischen System 100 handelt es sich beispielsweise um das mikrofluidische System aus Fig. 1, das in Fig. 3 in einem anderen Teilausschnitt, detaillierter und/oder in einer konkreten Ausführungsvariante dargestellt ist. Hierbei entspricht das in Fig. 3 gezeigte mikrofluidische System 100 dem mikrofluidischen System aus den Figuren 2A bis 2E mit der Ausnahme, dass die Membran 220 auf unterschiedliche Weise mit der Fügeschicht 262 verfügt ist und die Kanäle in der Fügeschicht 262 in der Darstellung weggelassen sind. Genauer gesagt ist Fig. 3 hierbei Fig. 2E ähnlich.
Anders ausgedrückt zeigt Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel für eine Aufteilung bzw. Aliquotierung von Probenlösungen. In Fig. 3 sind von dem mikrofluidischen System 100 die Aufteilungskammer 110, die Membran 220, der Schichtaufbau 260, die Fügeschicht 262, die Grundschicht 264, die Deckschicht 266,
Teilvolumina 292 und ein Restvolumen 294 gezeigt. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel aus den Figuren 2A bis 2E ist die flexible Membran 220 mit der Fügeschicht 262 in den Bereichen der Teilvolumenabschnitte vollflächig verbunden. Werden die auch in diesem mikrofluidischen System 100
vorhandenen, jedoch aus Darstellungsgründen nicht gezeigten Kanäle mit Druck beaufschlagt, formen sich Kammern zur Aufteilung der Probenlösung in die Teilvolumina 292 aus. Dabei wird mittels der Membran 220 zum einen die unter der vollflächigen Verschweißung bzw. in den Teilvolumenabschnitten befindliche Probenlösung eingeschlossen und zum anderen überschüssige Problemlösung aus dem Restvolumen 294 der Aufteilungskammer 110 verdrängt.
Fig. 4A zeigt eine schematische Darstellung eines mikrofluidischen Systems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer
Draufsicht. Bei dem in Fig. 4A dargestellten mikrofluidischen System 100 handelt es sich beispielsweise um das mikrofluidische System aus Fig. 1, das in Fig. 4A in einem anderen Teilausschnitt, detaillierter und/oder in einer konkreten
Ausführungsvariante dargestellt ist. Die Darstellung in Fig. 4A ist der Darstellung aus Fig. 2B ähnlich. Von dem mikrofluidischen System 100 sind in Fig. 4A eine Aufteilungskammer 110, eine Einbringöffnung 130, eine Auslassöffnung 140, eine Mehrzahl von beispielsweise neun Portionen bzw. Dosen von Reagenzien 250 und eine Mehrzahl von beispielsweise zwölf Säulen 420, wobei die Säulen 420 als die Verdrängungseinrichtung fungieren. Positionen der Reagenzien 250 entsprechen hierbei Positionen der Teilvolumenabschnitte der Aufteilungskammer 110.
Hierbei ist jede Portion der Reagenzien 250 zwischen zwei Säulen 420 angeordnet. Ferner ist in Fig. 4A eine Schnittlinie B-B eingezeichnet, die eine Schnittebene durch das mikrofluidische System 100 für Fig. 4B veranschaulicht.
Das mikrofluidische System 100 umfasst somit anders ausgedrückt einen ersten mikrofluidischen Kanal bzw. die Einbringöffnung 130, durch den die
Aufteilungskammer 110 mit einer Probenlösung zur Verdrängung von Luft und Benetzung der Teilvolumenabschnitte befüllbar ist. Überschüssige Probenlösung ist über einen zweiten mikrofluidischen Kanal bzw. die Auslassöffnung 140 abführbar. Die Aufteilungskammer 110 weist die Mehrzahl von Säulen 420 in einer regelmäßigen Anordnung auf. Ein Flüssigkeitsfilm in einem befüllten Zustand der Aufteilungskammer 110 ist somit an definierten Stellen von den Säulen 420 durchbrochen. In Zwischenräumen bzw. Lücken zwischen den Säulen 420 sind die Reagenzien 250 vorgelagert.
Fig. 4B zeigt eine schematische Schnittdarstellung des mikrofluidischen Systems 100 aus Fig. 4A. Die Aufteilungskammer 110 ist durch die Säulen 420 in die Teilvolumenabschnitte 115 unterteilt. In den Teilvolumenabschnitten 115 sind die Reagenzien 250 angeordnet. Auch ist in Fig. 4B ein Schichtaufbau 260 des mikrofluidischen Systems 100 gezeigt. Der Schichtaufbau 260 weist eine Fügeschicht 262 und eine Grundschicht 264 auf. Hierbei ist die
Aufteilungskammer 110 als ein mit der Fügeschicht 262 abgedeckter
Vertiefungsabschnitt der Grundschicht 264 ausgeformt.
Fig. 4C zeigt das mikrofluidische System 100 aus Fig. 4A bzw. Fig. 4B in einem befüllten Zustand der Aufteilungskammer 110. Hierbei ist die Aufteilungskammer 110 mit einem Eingangsvolumen 290 der Probenlösung befüllt. Fig. 4D zeigt das mikrofluidische System 100 aus Fig. 4A bzw. Fig. 4B bzw. Fig. 4C in einem teilweise gespülten Zustand. Hierbei ist ein Teil des in Fig. 4C dargestellten Eingangsvolumens durch eine Spüllösung X, beispielsweise Öl oder dergleichen, verdrängt. Somit sind die Teilvolumina 292 in den
Teilvolumenabschnitten von den Säulen 420 und der Spüllösung X umgeben.
Anders ausgedrückt zeigt Fig. 4D die Aufteilungskammer 110 als PCR- Kammer in einem für eine PCR- Reaktion bereitgestellten Zustand. Wenn die
Aufteilungskammer 110 wie in Fig. 4C gezeigt mit einer Probenlösung bzw. einem PCR-Reaktionsmix mit der Probenlösung befüllt ist, wird im direkten Anschluss daran beispielsweise Öl als Spüllösung X durch die Einbringöffnung 130 in die Aufteilungskammer 110 eingeleitet. Dadurch wird ein nicht zwischen den Säulen 420 befindlicher Teil der Probenlösung über die Auslassöffnung 140 aus der Aufteilungskammer 110 entfernt. Teilmengen der Probenlösung können aufgrund von erhöhter Oberflächenwechselwirkung in Teilvolumenabschnitten fixiert werden. Unterstützt werden kann dies durch eine hydrophile Beschichtung der Teilvolumenabschnitte und durch eine Hydrophobisierung der umliegenden bzw. außerhalb der Teilvolumenabschnitte angeordneten Bereiche der
Aufteilungskammer 110. Anders ausgedrückt sind die Teilvolumina 292 der Probenlösung an vier Seiten von einem Feststoff und an zwei Seiten von Spüllösung X, beispielsweise Öl begrenzt.
In dem in Fig. 4A bis 4D gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist die Aufteilungskammer 110 zum Fördern des Aufteilens des Eingangsvolumens 290 in die Teilvolumina 292 die Säulen 420 als die
Verdrängungseinrichtung auf. Gemäß einer weiteren Ausführungsbeispiel kann die Aufteilungskammer 110 zusätzlich oder alternativ zu Säulen auch hydrophile Teilabschnitte und/oder hydrophobe Teilabschnitte als Verdrängungseinrichtung aufweisen.
Fig. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500 gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Verfahren 500 handelt es sich um ein Verfahren zum Analysieren einer Probenlösung. Das Verfahren 500 ist in Verbindung mit bzw. unter Verwendung von einem mikrofluidischen System wie einem der mikrofluidischen Systeme aus den Figuren 1 bis 4D ausführbar.
Das Verfahren 500 weist einen Schritt 510 des Bereitstellens eines
mikrofluidischen Systems auf. Bei dem mikrofluidischen System handelt es sich somit beispielsweise um eines der mikrofluidischen Systeme aus den Figuren 1 bis 4D. In einem bezüglich des Schrittes 510 des Bereitstellens nachfolgend ausführbaren Schritt 520 des Einbringens wird ein Eingangsvolumen der Probenlösung in die Aufteilungskammer des mikrofluidischen Systems eingebracht. In einem auf den Schritt 520 des Einbringens folgenden Schritt 530 des Betätigens wird die Verdrängungseinrichtung betätigt, um das
Eingangsvolumen in die Mehrzahl von Teilvolumina aufzuteilen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 500 ferner einen nach dem Schritt 530 des Betätigens ausführbaren Schritt 540 des Durchführens von
Nachweisreaktionen an den Teilvolumina der Probenlösung in den
Teilvolumenabschnitten mittels in zumindest einer Teilmenge der
Teilvolumenabschnitte der Aufteilungskammer angeordneter Reagenzien auf. Ferner weist das Verfahren 500 dabei auch einen Schritt 550 des Auswertens von Ergebnissen der Nachweisreaktionen auf. Der Schritt 550 des Auswertens wird hierbei während des Schrittes 540 des Durchführens von
Nachweisreaktionen und zusätzlich oder alternativ nach dem Schritt 540 des Durchführens von Nachweisreaktionen ausgeführt. Fig. 6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 600 gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Verfahren 600 handelt es sich um ein Verfahren zum Herstellen eines mikrofluidischen Systems zum Analysieren einer Probenlösung. Durch Ausführen des Verfahrens 600 ist ein mikrofluidisches System wie eines der mikrofluidischen Systeme aus den Figuren 1 bis 4D herstellbar.
Das Verfahren 600 weist einen Schritt 610 des Ausformens einer
Aufteilungskammer zum Aufnehmen eines Eingangsvolumens der Probenlösung auf. Dabei wird der Schritt 610 des Ausformens so ausgeführt, dass die
Aufteilungskammer eine Mehrzahl von Teilvolumenabschnitten zum Aufnehmen von für Nachweisreaktionen verwendbaren Teilvolumina der Probenlösung aufweist. Anders ausgedrückt wird im Schritt 610 des Ausformens die
Aufteilungskammer mit einer Mehrzahl von Teilvolumenabschnitten ausgeformt. Ferner weist das Verfahren 600 einen Schritt 620 des Anordnens einer
Verdrängungseinrichtung, die ausgebildet ist, um das Eingangsvolumen in die
Mehrzahl von Teilvolumina aufzuteilen, relativ zu der Aufteilungskammer auf.
Das Verfahren 600 zum Herstellen kann insbesondere unter Verwendung von Polymersubstraten für das mikrofluidische System ausgeführt werden. Strukturen in den Polymersubstraten können beispielsweise durch Fräsen, Spritzguss,
Heißprägen oder Laserstrukturierung im Rahmen des Verfahrens 600 erzeugt werden. Materialbeispiele umfassen beispielsweise für solche Polymersubstrate hierbei Thermoplaste, z. B. PC, PP, PE, PMMA, COP, COC oder dergleichen, für eine Membran bzw. Polymermembran als Verdrängungseinrichtung
beispielsweise Elastomer, thermoplastisches Elastomer TPU, TPS,
Thermoplaste, Heißklebefolien, Siegelfolien für Mikro titerplatten oder
dergleichen, für Oberflächenmodifikationen beispielsweise Zucker, z. B.
Saccharose, Xanthan etc., Polymere, z. B. Alkane, Alkene, Alkine, d. h. Paraffine und Öle, oder Polyethylenglycol oder Detergenzien wie Tween,
Natriumdodecylsulfat oder dergleichen. Beispielhafte Abmessungen von
Ausführungsbeispielen eines mikrofluidischen Systems, das mittels des
Verfahrens 600 herstellbar ist, lauten hinsichtlich einer Dicke eines
Polymersubstrates beispielsweise 0,5 bis 5 Millimeter, hinsichtlich eines
Kanaldurchmessers in Polymersubstraten beispielsweise 10 Mikrometer bis 3 Millimeter, hinsichtlich einer Dicke der Polymermembran beispielsweise 5 bis 500
Mikrometer und hinsichtlich eines Volumens von Kavitäten bzw. Kammern in den Polymersubstraten beispielsweise 1 bis 1000 Kubikmillimeter.
Optional kann eines der Verfahren 500 oder 600 aus einer der Figuren 5 bzw. 6 auch einen Schritt des Anordnens von Reagenzien für die Nachweisreaktionen in zumindest einer Teilmenge der Teilvolumenabschnitte der Aufteilungskammer aufweisen. Bei den Reagenzien handelt es sich beispielsweise um PCR-Primer und Sonden für einen spezifischen Nachweis von DNA- Fragmenten oder dergleichen. Die Reagenzien können so vorgelagert sein, dass diese erst nach eine bestimmten Zeit bzw. zeitgesteuert oder bei einer bestimmten Temperatur bzw. temperaturgesteuert von der Probenlösung aufgenommen bzw. rehydriert werden. Für die Vorlagerung der Reagenzien können unter anderem Xanthan, Trehalose oder dergleichen verwendet werden.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. Ferner können die hier vorgestellten Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder"- Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.

Claims

Ansprüche
1. Mikrofluidisches System (100) zum Analysieren einer Probenlösung, wobei das mikrofluidische System (100) folgende Merkmale aufweist: eine Aufteilungskammer (110) zum Aufnehmen eines
Eingangsvolumens (290) der Probenlösung, wobei die
Aufteilungskammer (110) eine Mehrzahl von Teilvolumenabschnitten (115) zum Aufnehmen von für Nachweisreaktionen verwendbaren Teilvolumina (292) der Probenlösung aufweist; und eine Verdrängungseinrichtung (120; 220; 420), die ausgebildet ist, um das Eingangsvolumen (290) in die Mehrzahl von Teilvolumina (292) aufzuteilen.
2. Mikrofluidisches System (100) gemäß Anspruch 1, bei dem die
Verdrängungseinrichtung (120; 220; 420) ausgebildet ist, um das Eingangsvolumen (290) in die Mehrzahl von Teilvolumina (292) und ein Restvolumen (294) aufzuteilen, wobei die Verdrängungseinrichtung (120; 220; 420) ausgebildet ist, um eine in dem Restvolumen (294) befindliche Probenlösung aus der Aufteilungskammer (110) zu verdrängen oder aus der Aufteilungskammer (110) ausspülbar bereitzustellen.
3. Mikrofluidisches System (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Verdrängungseinrichtung (120; 220; 420) zumindest eine auslenkbare, flexible Membran (220) aufweist.
4. Mikrofluidisches System (100) gemäß Anspruch 3, bei dem die
zumindest eine Membran (220) im Bereich der Teilvolumenabschnitte (115) mindestens teilflächig unauslenkbar mit einer Hauptoberfläche der Aufteilungskammer (110) verbunden ist, wobei die zumindest eine Membran (220) außerhalb der Teilvolumenabschnitte (115) mindestens teilflächig in Anlage gegen eine gegenüberliegende Hauptoberfläche der Aufteilungskammer (110) auslenkbar ist.
Mikrofluidisches System (100) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 4, mit einer Mehrzahl von Durchgangsöffnungen (270) zum Leiten eines Mediums zum Auslenken der zumindest einen Membran (220), wobei die Durchgangsöffnungen (270) in die Aufteilungskammer (110) mündend ausgeformt sind.
Mikrofluidisches System (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem in zumindest einer Teilmenge der
Teilvolumenabschnitte (115) der Aufteilungskammer (110) Reagenzien (250) für Nachweisreaktionen anordenbar oder angeordnet sind.
Mikrofluidisches System (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Aufteilungskammer (110) eine Einbringöffnung (130) zum Einbringen der Probenlösung und optional zumindest eines weiteren Stoffs in die Aufteilungskammer (110) und mindestens eine Auslassöffnung (140) zum Auslassen von Stoffen aus der
Aufteilungskammer (110) aufweist.
Mikrofluidisches System (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Aufteilungskammer (110) zum Fördern des Aufteilens des Eingangsvolumens (290) in die Teilvolumina (292) hydrophile Teilabschnitte, hydrophobe Teilabschnitte und/oder Säulen (420) aufweist.
Verfahren (500) zum Analysieren einer Probenlösung, wobei das Verfahren (500) folgende Schritte aufweist:
Bereitstellen (510) eines mikrofluidischen Systems (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche; Einbringen (520) eines Eingangsvolumens (290) der Probenlösung in die Aufteilungskammer (110); und
Betätigen der Verdrängungseinrichtung (120; 220; 420), um das
Eingangsvolumen (290) in die Mehrzahl von Teilvolumina (292) aufzuteilen.
Verfahren (500) gemäß Anspruch 9, mit einem Schritt (540) des
Durchführens von Nachweisreaktionen an den Teilvolumina (292) der Probenlösung in den Teilvolumenabschnitten (115) mittels in zumindest einer Teilmenge der Teilvolumenabschnitte (115) der
Aufteilungskammer (110) angeordneter Reagenzien (250) und mit einem Schritt (550) des Auswertens von Ergebnissen der Nachweisreaktionen, wobei der Schritt (550) des Auswertens während und/oder nach dem Schritt (540) des Durchführens von Nachweisreaktionen ausgeführt wird.
Verfahren (600) zum Herstellen eines mikrofluidischen Systems (100) zum Analysieren einer Probenlösung, wobei das Verfahren (600) folgende Schritte aufweist:
Ausformen (610) einer Aufteilungskammer (110) zum Aufnehmen eines Eingangsvolumens (290) der Probenlösung, sodass die
Aufteilungskammer (110) eine Mehrzahl von Teilvolumenabschnitten (115) zum Aufnehmen von für Nachweisreaktionen verwendbaren Teilvolumina (292) der Probenlösung aufweist; und
Anordnen (620) einer Verdrängungseinrichtung (120; 220; 420), die ausgebildet ist, um das Eingangsvolumen (290) in die Mehrzahl von Teilvolumina (292) aufzuteilen, relativ zu der Aufteilungskammer (110).
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