DE202018006869U1 - Microfluidic system for digital polymerase chain reaction (dPCR) of a biological sample - Google Patents

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Abstract

Mikrofluidisches System (1; 1') für die digitale Polymerase-Kettenreaktion dPCR einer biologischen Probe, wobei das mikrofluidische System (1; 1') umfasst:
mindestens eine mikrofluidische Vorrichtung (2) mit einem Einlass (23), einem Auslass (24), einem Strömungskanal (25), der zwischen dem Einlass (23) und dem Auslass (24) angeordnet ist und den Einlass (23) mit dem Auslass (24) verbindet, und einer Anordnung von Reaktionsbereichen (26), die mit dem Strömungskanal (25) in Fluidverbindung stehen;
einen Strömungskreislauf (3), der mit der mikrofluidischen Vorrichtung (2) verbindbar ist, um Flüssigkeit durch den Strömungskanal (25) der mikrofluidischen Vorrichtung (2) fließen zu lassen;
eine Probenflüssigkeitsquelle, die mit der mikrofluidische Vorrichtung (2) verbindbar ist, um den Strömungskanal (25) und damit die Anordnung von Reaktionsbereichen (26) der mikrofluidischen Vorrichtung (2) über den Einlass (23) mit einer Probenflüssigkeit (27) zu versorgen;
eine primäre Trennflüssigkeitsquelle, die mit der mikrofluidischen Vorrichtung (2) verbindbar ist, um den Strömungskanal der mikrofluidischen Vorrichtung (2) über den Einlass (23) mit anfänglicher Trennflüssigkeit (28) zum Versiegeln der Probenflüssigkeit (27) innerhalb der Anordnung von Reaktionsbereichen (26) zu versorgen;
eine sekundäre Trennflüssigkeitsquelle (4), die mit der mikrofluidische Vorrichtung (2) verbindbar ist, um den Strömungskanal (25) der mikrofluidischen Vorrichtung (2) über den Einlass (23) mit zusätzlicher Trennflüssigkeit (29) zu versorgen,
eine Pumpeinrichtung (31), die mit dem Strömungskreislauf (3) verbunden und geeignet ist, die zusätzliche Trennflüssigkeit (29) durch den Strömungskanal (25) zu pumpen, und
eine Steuereinrichtung in Form einer speicherprogrammierbaren Steuereinheit zum Ausführen eines computerlesbaren Programms mit Anweisungen zur Durchführung von Operationen, die eingerichtet ist, um die Pumpeinrichtung (31) zu steuern, um die zusätzliche Trennflüssigkeit (29) bei Bedarf durch den Strömungskanal (25) zu pumpen, um Gasblasen aus dem Strömungskanal (25) zu spülen.

Figure DE202018006869U1_0000
Microfluidic system (1; 1') for the digital polymerase chain reaction dPCR of a biological sample, the microfluidic system (1; 1') comprising:
at least one microfluidic device (2) with an inlet (23), an outlet (24), a flow channel (25) which is arranged between the inlet (23) and the outlet (24) and the inlet (23) with the outlet (24) connects, and an arrangement of reaction areas (26) which are in fluid communication with the flow channel (25);
a flow circuit (3) connectable to the microfluidic device (2) to allow liquid to flow through the flow channel (25) of the microfluidic device (2);
a sample liquid source which can be connected to the microfluidic device (2) in order to supply the flow channel (25) and thus the arrangement of reaction regions (26) of the microfluidic device (2) with a sample liquid (27) via the inlet (23);
a primary separation liquid source connectable to the microfluidic device (2) to supply the flow channel of the microfluidic device (2) via the inlet (23) with initial separation liquid (28) for sealing the sample liquid (27) within the array of reaction regions (26 ) to supply;
a secondary separation liquid source (4) which can be connected to the microfluidic device (2) in order to supply the flow channel (25) of the microfluidic device (2) with additional separation liquid (29) via the inlet (23),
a pump device (31) which is connected to the flow circuit (3) and is suitable for pumping the additional separating liquid (29) through the flow channel (25), and
a control device in the form of a programmable logic controller for executing a computer-readable program with instructions for carrying out operations, which is set up to control the pumping device (31) in order to pump the additional separating liquid (29) through the flow channel (25) if necessary, to flush gas bubbles from the flow channel (25).
Figure DE202018006869U1_0000

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL FIELD

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf das technische Gebiet der Probenanalyse, wie z.B. die Untersuchung chemischer oder biochemischer Reaktionen, und insbesondere auf das technische Gebiet der Hochdurchsatzanalyse biologischer Proben. Im Einzelnen betrifft die vorliegende Erfindung ein mikrofluidisches System für die digitale Polymerase-Kettenreaktion (dPCR) einer biologischen Probe. Im Einzelnen umfasst ein solches System eine mikrofluidische Vorrichtung mit einem Strömungskanal, der in Fluidverbindung mit einer Anordnung von Reaktionsbereichen steht, die oft auch als Unterteilungen bezeichnet werden und als Reaktionskammern oder Reaktionsgefäße, beispielsweise in Form von Vertiefungen oder Mikrovertiefungen, umgesetzt sind, die als Reaktionsorte für chemische oder biologische Reaktionen mindestens einer darin bereitgestellten biologischen Probe fungieren, und wobei das System ein gewünschtes Thermocycling-Temperaturprofil in der mikrofluidischen Vorrichtung so schnell und so zuverlässig wie möglich erreichen kann.The present invention relates generally to the technical field of sample analysis, such as the study of chemical or biochemical reactions, and more particularly to the technical field of high-throughput analysis of biological samples. More specifically, the present invention relates to a microfluidic system for digital polymerase chain reaction (dPCR) of a biological sample. Specifically, such a system includes a microfluidic device with a flow channel that is in fluid communication with an arrangement of reaction areas, which are often also referred to as subdivisions and are implemented as reaction chambers or reaction vessels, for example in the form of depressions or microwells, which serve as reaction sites for chemical or biological reactions of at least one biological sample provided therein, and wherein the system can achieve a desired thermocycling temperature profile in the microfluidic device as quickly and as reliably as possible.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Auf dem Gebiet der Diagnosetechnik für die Untersuchung chemischer oder biochemischer Reaktionen ist es ein Ziel, mehrere verschiedene Untersuchungen an einer oder mehreren Testproben auf derselben - vorzugsweise Einwegmikrofluidischen Vorrichtung durchführen zu können, wodurch Methoden zur unabhängigen Analyse einer oder mehrerer Testproben mit mehreren verschiedenen Reagenzien im Verlauf eines einzigen Analyseprozesses bereitgestellt werden. Als solche Testproben werden in der Regel biologische Proben verwendet, die häufig von medizinischem Personal von Patienten zur Laboranalyse entnommen werden, z.B. zur Bestimmung der Konzentrationen verschiedener Komponenten in den entnommenen Proben. Dementsprechend beziehen sich die Begriffe „Probe“ und „biologische Probe“ auf Material(ien), das/die möglicherweise einen interessierenden Analyten enthält/enthalten, wobei die Probe aus einer beliebigen biologischen Quelle stammen kann, wie z.B. einer physiologischen Flüssigkeit, einschließlich Blut, Speichel, Augenlinsenflüssigkeit, Zerebrospinalflüssigkeit, Schweiß, Urin, Stuhl, Sperma, Milch, Aszitesflüssigkeit, Schleim, Synovialflüssigkeit, Peritonealflüssigkeit, Amnionflüssigkeit, Gewebe, kultivierte Zellen oder dergleichen, wobei die Probe insbesondere im Verdacht steht, ein bestimmtes Antigen oder eine Nukleinsäure zu enthalten.In the field of diagnostic technology for the study of chemical or biochemical reactions, a goal is to be able to carry out several different examinations on one or more test samples on the same - preferably disposable microfluidic device, thereby enabling methods for the independent analysis of one or more test samples with several different reagents in the course of a single analysis process. As such test samples, biological samples are typically used, which are often collected by medical personnel from patients for laboratory analysis, e.g. to determine the concentrations of various components in the collected samples. Accordingly, the terms "sample" and "biological sample" refer to material(s) that may contain an analyte of interest, which sample may be from any biological source, such as a physiological fluid, including blood, Saliva, eye lens fluid, cerebrospinal fluid, sweat, urine, stool, sperm, milk, ascitic fluid, mucus, synovial fluid, peritoneal fluid, amniotic fluid, tissue, cultured cells or the like, the sample being particularly suspected of containing a specific antigen or nucleic acid.

Die meisten der bekannten chemischen, biochemischen und/oder biologischen Assays beinhalten die Immobilisierung einer biologischen Probe, wie oben erwähnt, innerhalb von Reaktionsorten und die Durchführung einer oder mehrerer Reaktionen mit dem immobilisierten Probenmaterial, gefolgt von einem quantitativen und/oder qualitativen Analyseverfahren. Für viele biologische, biochemische, diagnostische oder therapeutische Anwendungen ist es von wesentlicher Bedeutung, die Menge oder Konzentration einer bestimmten Substanz oder Verbindung in der biologischen Probe, d.h. des interessierenden Analyten, genau bestimmen zu können. Um dieses Ziel so genau wie möglich zu erreichen, wurden im Laufe der Jahre in diesem technischen Bereich verschiedene Methoden entwickelt, wie z.B. die weithin bekannte Polymerase-Kettenreaktion (PCR), die die In-vitro-Synthese von Nukleinsäuren in einer biologischen Probe ermöglicht, wodurch ein DNA-Segment spezifisch vervielfältigt werden kann, d.h. eine kostengünstige Möglichkeit, kleine DNA- oder RNA-Segmente in der Probe zu kopieren oder zu amplifizieren. Die Entwicklung solcher Methoden zur Vervielfältigung von DNA- oder RNA-Abschnitten hat enorme Vorteile bei der Genanalyse sowie bei der Diagnose vieler genetischer Krankheiten oder auch beim Nachweis der Viruslast gebracht.Most of the known chemical, biochemical and/or biological assays involve immobilizing a biological sample, as mentioned above, within reaction sites and performing one or more reactions on the immobilized sample material, followed by a quantitative and/or qualitative analytical procedure. For many biological, biochemical, diagnostic or therapeutic applications, it is essential to be able to accurately determine the amount or concentration of a particular substance or compound in the biological sample, i.e. the analyte of interest. In order to achieve this goal as accurately as possible, various methods have been developed over the years in this technical field, such as the well-known polymerase chain reaction (PCR), which allows the in vitro synthesis of nucleic acids in a biological sample, whereby a DNA segment can be specifically amplified, i.e. a cost-effective way to copy or amplify small DNA or RNA segments in the sample. The development of such methods for reproducing DNA or RNA sections has brought enormous advantages in genetic analysis as well as in the diagnosis of many genetic diseases or in the detection of viral load.

In der Regel wird thermisches Zyklieren, auch als Thermocycling bezeichnet, verwendet, um die Reaktanten in der Probe innerhalb der Reaktionskammer zu erwärmen und abzukühlen, um solche DNA- oder RNA-Segmente zu amplifizieren, wobei Laborgeräte einschließlich Thermocyclern üblicherweise verwendet werden, um ein automatisches Verfahren für diagnostische Assays auf der Grundlage der PCR zu erreichen, bei dem während einer PCR-Durchführung die flüssigen PCR-Proben wiederholt auf unterschiedliche Temperaturniveaus erwärmt und abgekühlt werden müssen und für eine bestimmte Zeit auf verschiedenen Temperaturplateaus gehalten werden müssen. Bei einem typischen PCR-Verfahren wird beispielsweise eine bestimmte Zielnukleinsäure durch eine Reihe von Wiederholungen eines Zyklus von Schritten amplifiziert, bei denen die in der Reaktionsmischung vorhandenen Nukleinsäuren (a) bei relativ hohen Temperaturen denaturiert werden, beispielsweise bei einer Denaturierungstemperatur von mehr als 90 °C, in der Regel etwa 94 °C bis 95 °C, um die doppelsträngige DNA abzutrennen, dann b) das Reaktionsgemisch auf eine Temperatur abgekühlt wird, bei der kurze Oligonukleotid-Primer an die einzelsträngige Zielnukleinsäure binden, beispielsweise bei einer Hybridisierungstemperatur von etwa 52 °C bis 56 °C zur Primerbindung an die getrennten DNA-Stränge, um Templates bereitzustellen (Annealing bzw. Hybridisierung), und anschließend (c) werden die Primer mit Hilfe eines Polymerase-Enzyms verlängert, z.B. bei einer Verlängerungstemperatur von etwa 72 °C zur Bildung neuer DNA-Stränge, so dass die ursprüngliche Nukleinsäuresequenz repliziert wird. Wiederholte Zyklen von Denaturierung, Hybridisierung und Elongation, in der Regel etwa 25 bis 30 wiederholte Zyklen, führen zu einem exponentiellen Anstieg der in der Probe vorhandenen Menge an Zielnukleinsäure. Um nun solche Temperaturplateaus während des Thermocyclings genau einhalten zu können, sollte eine gleichmäßige Temperaturverteilung über die Reaktionszone aufrechterhalten werden, so dass alle Reaktionsbereiche gleichmäßig erhitzt und abgekühlt werden können, um eine gleichmäßige Probenausbeute zwischen den Reaktionsbereichen, die die Probe enthalten, zu erhalten. Für die Durchführung einer regulären PCR-Methode können allgemein bekannte Thermocycling-Geräte, wie z.B. Thermocycler / Thermozyklierer, zur Vervielfältigung von DNA-Abschnitten verwendet werden, die im Wesentlichen aus einer Halterung zur Aufnahme der Proben, oft auch als Probentemperierhalterung bezeichnet, und einer an der Halterung angebrachten Wärmepumpe bestehen, wobei die Wärmepumpe häufig in Form einer Kombination aus einem Peltier-Element, das zur aktiven Erwärmung und Kühlung der Halterung und damit zur aktiven Steuerung der den Proben zugeführten Temperatur dient, und einer entsprechenden Wärmesenke, die mit dem Peltier-Element thermisch gekoppelt ist, um die Wärme abzuführen und beispielsweise in die Umgebung zu leiten, vorgesehen ist.Typically, thermal cycling, also known as thermocycling, is used to heat and cool the reactants in the sample within the reaction chamber to amplify such DNA or RNA segments, with laboratory equipment including thermal cyclers commonly used to achieve an automatic To achieve a method for diagnostic assays based on PCR, in which during a PCR procedure the liquid PCR samples must be repeatedly heated and cooled to different temperature levels and must be kept at different temperature plateaus for a certain time. In a typical PCR method, for example, a particular target nucleic acid is amplified through a series of repetitions of a cycle of steps in which the nucleic acids (a) present in the reaction mixture are denatured at relatively high temperatures, for example at a denaturation temperature of more than 90 ° C , typically about 94°C to 95°C, to separate the double-stranded DNA, then b) the reaction mixture is cooled to a temperature at which short oligonucleotide primers bind to the single-stranded target nucleic acid, for example at a hybridization temperature of about 52° C to 56 °C for primer binding to the separated DNA strands to provide templates (annealing or hybridization), and then (c) the primers are extended using a polymerase enzyme, for example at an extension temperature of about 72 °C Formation of new DNA strands so that the original nucleic acid sequence is replicated. Repeated cycles of denaturation, hybridization and elongation, typically about 25 to 30 repeated cycles, result in an exponential increase in the amount of target nucleic acid present in the sample. In order to be able to precisely maintain such temperature plateaus during thermocycling, a uniform temperature distribution should be maintained across the reaction zone so that all reaction areas can be heated and cooled uniformly in order to obtain a uniform sample yield between the reaction areas containing the sample. To carry out a regular PCR method, well-known thermocycling devices, such as thermocyclers / thermal cyclers, can be used to amplify DNA sections, which essentially consist of a holder for holding the samples, often also referred to as a sample temperature control holder, and a heat pump attached to the holder, the heat pump often being in the form of a combination of a Peltier element, which is used to actively heat and cool the holder and thus to actively control the temperature supplied to the samples, and a corresponding heat sink, which is connected to the Peltier element. Element is thermally coupled in order to dissipate the heat and, for example, conduct it into the environment.

Generell besteht die Notwendigkeit, diagnostische Tests immer schneller, kostengünstiger und einfacher durchzuführen und dabei eine hohe Präzision bei gleichzeitiger Steigerung der Effizienz herkömmlicher Laborprozesse zu erreichen. Ein besonderes Beispiel für die genannten Methoden zur Vervielfältigung von DNA- oder RNA-Segmenten, die im Mittelpunkt der vorliegenden Erfindung stehen, ist die digitale Polymerase-Kettenreaktionsmethode, auch als digitale PCR oder dPCR bezeichnet, die eine biotechnologische Weiterentwicklung der oben beschriebenen herkömmlichen PCR-Methode darstellt und zur direkten Quantifizierung und klonierenden Vervielfältigung von Nukleinsäuren, einschließlich DNA, cDNA oder RNA, verwendet werden kann. Dabei liegt der wesentliche Unterschied zwischen dPCR und herkömmlicher PCR im Wesentlichen in der Methode zur Messung der Nukleinsäuremengen, da die herkömmliche PCR eine Reaktion pro Einzelprobe durchführt, während die dPCR eine einzelne Reaktion innerhalb einer Probe durchführt, die in eine große Anzahl von Partitionen aufgeteilt ist, welche in einer entsprechend großen Anzahl von Reaktionsbereichen bereitgestellt werden, wobei die Reaktion in jedem Reaktionsbereich einzeln durchgeführt wird, so dass eine zuverlässigere Erfassung und empfindlichere Messung der Nukleinsäuremengen möglich wird. Dementsprechend wurden erhebliche Anstrengungen unternommen, um eine Miniaturisierung und Integration verschiedener Assay-Vorgänge zu erreichen, um die Anzahl der parallelen Assays auf einer einzigen Trägervorrichtung zu erhöhen. Als Beispiel für eine solche einzelnen Trägervorrichtung wurden mikrofluidische Vorrichtungen, wie mikrofluidische Chips, entwickelt, die Mikrokanäle und Mikroreaktionsbereiche aufweisen, welche Proben im Mikroliter- oder Nanoliter-Maßstab in Form von strömungsfähiger Probenflüssigkeit, wie z.B. wässriger Probenflüssigkeit, aufnehmen. Reagenzien im Mikrolitermaßstab, die typischerweise im Voraus in ein Array kleiner Vertiefungen, d.h. Mikrovertiefungen oder Nanovertiefungen, die als Reaktionsbereiche auf dem mikrofluidischen Chip vorgesehen sind, gefüllt werden, werden darin platziert, um mit einem Strom von Probenflüssigkeit, der durch einen Strömungskanal fließt, in Kontakt zu treten, wobei jede Art von Assay von den Reagenzien, die in das Array von Reaktionsbereichen geladen werden, sowie von der Konfiguration von Durchflusskanälen und Detektoren abhängt, wobei das Einfüllen von Probenflüssigkeit in den mikrofluidischen Chip durch Pipettieren der Probenflüssigkeit in den Chip erfolgen kann. Diese fortschrittliche Technologie ermöglicht die gleichzeitige Durchführung einer Vielzahl von Tests in einem miniaturisierten Maßstab. Die meisten dieser chemischen, biochemischen und/oder biologischen Assays zielen auf die Immobilisierung biologischer Materialien wie Polypeptide und Nukleinsäuren, Zellen oder Gewebe in den Vertiefungen und die Durchführung einer oder mehrerer Reaktionen mit dem immobilisierten Material ab, gefolgt von einem quantitativen und/oder qualitativen Analyseverfahren, wie z.B. Lumineszenztestmessungen. Zur Veranschaulichung zeigt 3A eine Draufsicht auf ein Beispiel eines bekannten Mikrofluidik-Chips 6 in schematischer Weise, und 3B zeigt den Chip 6 von 3A in einer Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A in 3A. Der mikrofluidische Chip 6 besteht aus einer unteren Platte 61 und einer oberen Platte 62, d.h. einem sogenannten zweischichtigen mikrofluidischen Chip, wobei die obere Platte 62 einen Einlass 63 für die Einführung von Flüssigkeit in den Chip und einen Auslass 64 für den Austritt von Flüssigkeit aus dem Chip bereitstellt und die Kombination aus unterer Platte 61, d.h. der unteren Schicht des Chips, und oberer Platte 62, d.h. der oberen Schicht des Chips, bildet dazwischen einen Strömungskanal 65, der den Einlass 63 mit dem Auslass 64 verbindet, wobei eine Anordnung von Mikrovertiefungen 66 in dem Strömungskanal 65 an seiner Oberseite, d.h. an der Innenseite der oberen Platte 62, vorgesehen ist. Hier wird beim Einfüllen einer Probenflüssigkeit durch den Einlass 63 in den Strömungskanal 65 in Richtung des Auslasses 63 die Probenflüssigkeit in jedes Element der Anordnung von Mikrovertiefungen 66 eingefüllt, wenn die Probenflüssigkeit entlang der Anordnung von Mikrovertiefungen strömt.In general, there is a need to carry out diagnostic tests ever faster, more cost-effectively and more easily and to achieve a high level of precision while simultaneously increasing the efficiency of conventional laboratory processes. A particular example of the mentioned methods for the amplification of DNA or RNA segments, which are the focus of the present invention, is the digital polymerase chain reaction method, also referred to as digital PCR or dPCR, which is a biotechnological further development of the conventional PCR method described above. Method and can be used for the direct quantification and cloning amplification of nucleic acids, including DNA, cDNA or RNA. The main difference between dPCR and conventional PCR essentially lies in the method for measuring the amounts of nucleic acid, since conventional PCR carries out one reaction per individual sample, while dPCR carries out a single reaction within a sample that is divided into a large number of partitions , which are provided in a correspondingly large number of reaction areas, the reaction being carried out individually in each reaction area, so that a more reliable detection and more sensitive measurement of the nucleic acid amounts is possible. Accordingly, significant efforts have been made to achieve miniaturization and integration of various assay procedures to increase the number of parallel assays on a single support device. As an example of such a single carrier device, microfluidic devices, such as microfluidic chips, have been developed which have microchannels and microreaction areas which accept samples on a microliter or nanoliter scale in the form of flowable sample liquid, such as aqueous sample liquid. Microliter-scale reagents, typically prefilled into an array of small wells, i.e., microwells or nanowells, provided as reaction areas on the microfluidic chip, are placed therein to flow with a stream of sample liquid flowing through a flow channel Each type of assay depends on the reagents loaded into the array of reaction areas as well as the configuration of flow channels and detectors, wherein the filling of sample liquid into the microfluidic chip can be done by pipetting the sample liquid into the chip . This advanced technology allows a variety of tests to be performed simultaneously on a miniaturized scale. Most of these chemical, biochemical and/or biological assays aim to immobilize biological materials such as polypeptides and nucleic acids, cells or tissues in the wells and perform one or more reactions on the immobilized material, followed by a quantitative and/or qualitative analysis procedure , such as luminescence test measurements. Shows for illustrative purposes 3A a top view of an example of a known microfluidic chip 6 in a schematic manner, and 3B shows chip 6 of 3A in a cross-sectional view along a line AA in 3A . The microfluidic chip 6 consists of a lower plate 61 and an upper plate 62, ie a so-called two-layer microfluidic chip, where the upper plate 62 has an inlet 63 for the introduction of liquid into the chip and an outlet 64 for the exit of liquid from the Chip provides and the combination of lower plate 61, ie the lower layer of the chip, and upper plate 62, ie the upper layer of the chip, forms therebetween a flow channel 65 which connects the inlet 63 to the outlet 64, wherein an array of micro-wells 66 is provided in the flow channel 65 on its upper side, ie on the inside of the upper plate 62. Here, when filling a sample liquid through the inlet 63 into the flow channel 65 towards the outlet 63, the sample liquid is filled into each element of the array of microwells 66 as the sample liquid flows along the array of microwells.

Wenn jedoch die Reaktionskammervolumina tatsächlich zu mikrofluidischen Strukturen einer mikrofluidischen Vorrichtung miniaturisiert werden, um die gewünschten kleinen Abmessungen zu erzeugen, nehmen mehrere bereits bekannte Probleme zu, wie z.B. Probleme im Zusammenhang mit dem vergrößerten Verhältnis von Oberfläche zu Volumen oder der unerwünschten Verdampfung von Probenflüssigkeit und insbesondere der unerwünschten Erzeugung von Gasblasen in der Flüssigkeit, die in der mikrofluidischen Vorrichtung bereitgestellt wird oder durch diese strömt. Gasblasen in einer Flüssigkeit innerhalb einer mikrofluidischen Struktur können ein schwerwiegendes Problem darstellen, da Gasblasen, die durch ein mikrofluidisches System zirkulieren, -als Nebenaspekt- nicht nur die mikrofluidische Struktur jeder Art von Sensor, der darin verwendet wird, beschädigen können, sondern vor allem auch die interessierende biologische Probe schädigen können, da sie eine unerwünschte Vermischung von Proben in benachbarten Mikrovertiefungen verursachen, was zu Kreuzkontaminationen und damit zu erheblichen experimentellen Fehlern und falschen Testergebnissen führt. Gasblasen können beispielsweise zu experimentellen Fehlern an Chromatographiesäulen führen, indem sie die Reaktionskomponenten innerhalb der Reaktionsbereiche austrocknen lassen. Außerdem können Gasblasen die optische Erkennung der Reaktionsbereiche und der darin ablaufenden Reaktionen stark beeinträchtigen, was zu fehlgeschlagenen Assays führen kann. Insbesondere bei der Durchführung der dPCR von Proben in der mikrofluidischen Vorrichtung neigen Gasblasen, wie z.B. Luftblasen, dazu, häufig vorzukommen, aufgrund verschiedener Gründe, wie folgt:

  1. (a) beim Befüllen der mikrofluidischen Vorrichtung mit Probenflüssigkeit und Trennflüssigkeit können Gasblasen in der mikrofluidischen Vorrichtung eingeschlossen werden;
  2. (b) während des Thermocyclings können anfänglich eingeschlossene Gasblasen (siehe (a)) aufgrund der Verdampfung der Probenflüssigkeit wachsen; oder
  3. (c) durch die Verdampfung der Probe können neue Gasblasen entstehen.
However, when the reaction chamber volumes are actually miniaturized into microfluidic structures of a microfluidic device to produce the desired small dimensions, several already known problems increase, such as problems related to the increased surface area to volume ratio or the undesirable evaporation of sample liquid and in particular the undesirable generation of gas bubbles in the liquid provided in or flowing through the microfluidic device. Gas bubbles in a liquid within a microfluidic structure can pose a serious problem because gas bubbles circulating through a microfluidic system can -as a side issue- not only damage the microfluidic structure of any type of sensor used within it, but more importantly can harm the biological sample of interest by causing undesirable mixing of samples in adjacent microwells, leading to cross-contamination and therefore significant experimental errors and false test results. For example, gas bubbles can lead to experimental errors on chromatography columns by causing the reaction components within the reaction areas to dry out. In addition, gas bubbles can severely impair the visual recognition of the reaction areas and the reactions taking place therein, which can lead to failed assays. In particular, when performing dPCR of samples in the microfluidic device, gas bubbles such as air bubbles tend to occur frequently due to various reasons as follows:
  1. (a) when filling the microfluidic device with sample liquid and separation liquid, gas bubbles can be trapped in the microfluidic device;
  2. (b) during thermocycling, initially trapped gas bubbles (see (a)) may grow due to evaporation of the sample liquid; or
  3. (c) new gas bubbles can form due to the evaporation of the sample.

Zur Veranschaulichung der erwähnten Gasblasenbildung und des Gasblasenwachstums ist in den 4A bis 4D ein mikrofluidischer Chip 7 im Querschnitt schematisch dargestellt, wobei der Chip 7 in eine entsprechende, ebenfalls nur schematisch dargestellte Thermocycling-Vorrichtung eingesetzt ist. Der mikrofluidische Chip 7 hat eine ähnliche Struktur wie der mikrofluidische Chip 6 aus 3A & 3B, d.h. mit einer unteren Platte 71 und einer oberen Platte 72, und mit einem Einlass 73, einem Auslass 74 und einem Strömungskanal 75, der den Einlass 73 mit dem Auslass 74 verbindet, wobei in dem Strömungskanal 75 an seiner Oberseite, d.h. an der Innenseite der oberen Platte 72, eine Anordnung von Reaktionsbereichen 76 in Form von Mikrovertiefungen vorgesehen ist. Dabei ist die Anordnung der Reaktionsbereiche 76 bereits mit Probenflüssigkeit 77 gefüllt und eine Trennflüssigkeit 78 in den Strömungskanal 75 eingebracht worden, die die Probenflüssigkeit 77 innerhalb der Reaktionsbereiche versiegelt und den Strömungskanal 75 vom Einlass 73 bis zum Auslass 74 füllt. Um ein Thermocycling des mikrofluidischen Chips 7 durchführen zu können, ist der Chip 7 in der Thermocycling-Vorrichtung in Form eines sogenannten Plattenzyklierers 8 angeordnet, d.h. eines Thermocyclers oder Thermozyklierers mit einer unteren Heizung 81 und einer oberen Heizung 82, die durch erwärmbare Platten, auch Heizplatten genannt, realisiert sind. In 4A ist der mikrofluidische Chip 7 in einem unbeheizten Zustand der Heizelemente 81, 82 dargestellt, wobei beim Befüllen der mikrofluidischen Vorrichtung 7 mit Probenflüssigkeit 77 und/oder Trennflüssigkeit 78 versehentlich eine Gasblase 91, z.B. eine Luftblase o.ä., in den Strömungskanal 75 unmittelbar unterhalb der Anordnung der Reaktionsbereiche 76 eingebracht wurde.To illustrate the above-mentioned gas bubble formation and gas bubble growth is shown in the 4A until 4D a microfluidic chip 7 is shown schematically in cross section, the chip 7 being inserted into a corresponding thermocycling device, also shown only schematically. The microfluidic chip 7 has a similar structure to the microfluidic chip 6 3A & 3B , ie with a lower plate 71 and an upper plate 72, and with an inlet 73, an outlet 74 and a flow channel 75 connecting the inlet 73 to the outlet 74, in the flow channel 75 at its top, ie on the inside the upper plate 72, an arrangement of reaction areas 76 in the form of micro-wells is provided. The arrangement of the reaction areas 76 is already filled with sample liquid 77 and a separating liquid 78 has been introduced into the flow channel 75, which seals the sample liquid 77 within the reaction areas and fills the flow channel 75 from the inlet 73 to the outlet 74. In order to be able to carry out thermocycling of the microfluidic chip 7, the chip 7 is arranged in the thermocycling device in the form of a so-called plate cycler 8, ie a thermocycler or thermal cycler with a lower heater 81 and an upper heater 82, which are heated by heatable plates, too Called heating plates, are realized. In 4A the microfluidic chip 7 is shown in an unheated state of the heating elements 81, 82, whereby when filling the microfluidic device 7 with sample liquid 77 and/or separating liquid 78, a gas bubble 91, for example an air bubble or the like, is accidentally released into the flow channel 75 immediately below the arrangement of the reaction areas 76 was introduced.

Dementsprechend können während des Befüllens „anfängliche“ Gasblasen 91 im Inneren des Chips 7 eingeschlossen werden, z.B. in der in einer Mikrovertiefung bzw. in einem Mikrowell befindlichen Probenflüssigkeit, oder in Abdichtflüssigkeit bzw. Trennflüssigkeit, die sich im Strömungskanal des Chips 7 befindet. Wie in 4B zu sehen ist, in der zumindest der Bodenheizer 81 eingeschaltet wurde, um eine Heiztemperatur von >50 °C zu erreichen, wächst die bereits eingeführte Gasblase 91 aufgrund der Verdampfung der Probenflüssigkeit 77 innerhalb der Anordnung bzw. des Arrays der Reaktionsbereiche 76. Außerdem bildet sich eine neue Gasblase 92 aufgrund der unerwünschten Verdampfung der Probenflüssigkeit 77 innerhalb der Anordnung der Reaktionsbereiche 76. Hier kann die neue Gasblase 92 während der Temperierung in jedem der Reaktionsbereiche entstehen und wachsen und aus diesem in den Strömungskanal 75 austreten. In 4C ist ein fortschreitendes Wachstum der Gasblasen 91, 92 aufgrund einer unerwünschten Verdampfung der Probenflüssigkeit 77 zu erkennen, wobei der Strömungskanal 75 ein Blasenwachstum entlang seiner Erstreckung zeigt, so dass die wachsenden Gasblasen 91, 92 die Trennflüssigkeit 78 allmählich aus dem Strömungskanal 75 und damit aus dem Einlass 73 und dem Auslass 74 herausdrücken, hier durch entsprechende Pfeile dargestellt. Dadurch drängen die wachsenden Gasblasen 91, 92 die Trennflüssigkeit 78 aus den Mikrovertiefungen, was dazu führt, dass die Probenflüssigkeit 77 in den Mikrovertiefungen leichter verdampfen kann. Auch können sich die wachsenden Gasblasen 91, 92 über mehr als eine Mikrovertiefung erstrecken, d.h. die Blasen 91, 92 können die Trennflüssigkeit 78 von mehreren Mikrovertiefungen wegdrücken und damit diese Mikrovertiefungen insgesamt „freilegen“, so dass der Inhalt einer Mikrovertiefung in eine benachbarte Mikrovertiefung übergehen kann. Bei weiter fortschreitender Erwärmung durch den Thermocycler können die Blasen 91, 92 weiter wachsen und auch zu einer großen Gasblase 93 verschmelzen, siehe 4D, was dazu führt, dass die verschmolzene und weiter wachsende Gasblase 93 die Trennflüssigkeit 78 allmählich weiter aus dem Strömungskanal 75 und damit weiter aus dem Einlass 73 und dem Auslass 74 herausdrängt, was wiederum durch entsprechende Pfeile dargestellt ist. Durch die in den 4A bis 4D dargestellte Entwicklung 4A bis 4D, insbesondere in 4D, ist deutlich zu erkennen, dass die Trennflüssigkeit 78 durch unerwünschte Gasblasenbildung und -wachstum fast vollständig von der Anordnung der Reaktionsbereiche 76 weggedrückt wird, wodurch die Trennwirkung der Trennflüssigkeit 78 aufgehoben wird. Dementsprechend werden die Reaktionskomponenten in der Probenflüssigkeit 77, die sich innerhalb der Anordnung der Reaktionsbereiche 76 befindet, durch die Trennflüssigkeit 78 nicht weiter konserviert und können daher austrocknen. Mit anderen Worten: 4A bis 4D zeigen, dass während des Thermocyclings „anfängliche“ Gasblasen 91 und neu entstehende Gasblasen 92 aufgrund der Verdampfung der innerhalb der Reaktionsbereiche 76 vorgesehenen Probenflüssigkeit 77 wachsen können, wobei das Gasblasenwachstum so lange anhält, bis der Strömungskanal 75 und/oder der in Form der Anordnung der Reaktionsbereiche 76 vorgesehene Messbereich weitgehend entleert ist. Dementsprechend kann es aufgrund der Entfernung der Trennflüssigkeit 78 durch die Gasblasen 91, 92, 93 zu einer Kreuzkontamination zwischen benachbarten Reaktionsbereichen kommen. Außerdem können die Gasblasen 91, 92, 93 die Scherbelastung für das biologische Probenmaterial innerhalb der Reaktionsbereiche 76 erhöhen, da sich die Zellmembranen unter der Kraft der so erzeugten unerwünschten Flüssigkeits-Luft-Grenzfläche dehnen. Darüber hinaus können die Gasblasen, wie bereits erwähnt, ein erhebliches Problem für die optische Erkennung der Reaktionsbereiche und der darin stattfindenden Reaktionen darstellen, was im Wesentlichen zu einem fehlgeschlagenen Assaytest führt, der mit allen Mitteln vermieden werden muss. Daher ist die Beseitigung oder Vermeidung von Gasblasen eine große Herausforderung auf dem vorliegenden technischen Gebiet.Accordingly, "initial" gas bubbles 91 can be trapped inside the chip 7 during filling, for example in the sample liquid located in a microwell or in a microwell, or in sealing liquid or separating liquid located in the flow channel of the chip 7. As in 4B can be seen, in which at least the floor heater 81 was switched on in order to achieve a heating temperature of >50 ° C, the already introduced gas bubble 91 grows due to the evaporation of the sample liquid 77 within the arrangement or array of reaction areas 76. In addition, a new gas bubble 92 due to the undesirable evaporation of the sample liquid 77 within the arrangement of the reaction areas 76. Here the new gas bubble 92 can arise and grow during the temperature control in each of the reaction areas and emerge from it into the flow channel 75. In 4C a progressive growth of the gas bubbles 91, 92 can be seen due to undesirable evaporation of the sample liquid 77, with the flow channel 75 showing bubble growth along its extent, so that the growing gas bubbles 91, 92 gradually remove the separating liquid 78 from the flow channel 75 and thus from the Press out inlet 73 and outlet 74, shown here by corresponding arrows. As a result, the growing gas bubbles 91, 92 force the separating liquid 78 out of the microwells, which means that the sample liquid 77 can evaporate more easily in the microwells. The growing gas bubbles 91, 92 can also extend over more than one micro-well, ie Bubbles 91, 92 can push the separating liquid 78 away from several micro-wells and thus “expose” these micro-wells as a whole, so that the contents of one micro-well can pass into an adjacent micro-well. As the heating by the thermal cycler continues, the bubbles 91, 92 can continue to grow and also fuse to form a large gas bubble 93, see 4D , which leads to the fused and growing gas bubble 93 gradually pushing the separating liquid 78 further out of the flow channel 75 and thus further out of the inlet 73 and the outlet 74, which in turn is shown by corresponding arrows. Through the in the 4A until 4D shown development 4A to 4D, especially in 4D , it can be clearly seen that the separating liquid 78 is almost completely pushed away from the arrangement of the reaction areas 76 by undesirable gas bubble formation and growth, as a result of which the separating effect of the separating liquid 78 is canceled. Accordingly, the reaction components in the sample liquid 77, which is located within the arrangement of the reaction regions 76, are no longer preserved by the separating liquid 78 and can therefore dry out. In other words: 4A until 4D show that during thermocycling, “initial” gas bubbles 91 and newly formed gas bubbles 92 can grow due to the evaporation of the sample liquid 77 provided within the reaction areas 76, with the gas bubble growth continuing until the flow channel 75 and/or the in the form of the arrangement of Reaction areas 76 provided measuring area is largely emptied. Accordingly, cross-contamination between adjacent reaction areas can occur due to the removal of the separating liquid 78 by the gas bubbles 91, 92, 93. In addition, the gas bubbles 91, 92, 93 can increase the shear stress on the biological sample material within the reaction regions 76 as the cell membranes stretch under the force of the undesirable liquid-air interface thus created. Furthermore, as previously mentioned, the gas bubbles can pose a significant problem for the visual detection of the reaction areas and the reactions taking place therein, essentially resulting in a failed assay test that must be avoided at all costs. Therefore, eliminating or avoiding gas bubbles is a major challenge in the present technical field.

Bislang gab es verschiedene Ansätze, um das Problem der Gasblasen im Strömungskanal einer mikrofluidischen Vorrichtung zu lösen. Wie beispielsweise in EP 2 830 769 A1 beschrieben, besteht eine Lösung für das Problem der Gasblasen darin, zu verhindern, dass während des Befüllens Gasblasen in die mikrofluidische Vorrichtung gelangen, indem bestimmte mikrofluidische Strukturen nach einem Einlass vorgesehen werden, wie z.B. die Bereitstellung eines Schlitzes, der entlang einer gesamten Kante eines Substrats ausgebildet ist, durch den Flüssigkeiten von einem Einlassverteiler durch den Schlitz, im Wesentlichen um die gesamte Kante des Substrats herum, und in eine Reaktionskammer bei gleichem Druck und ohne Gasblasen fließen können. Ein wesentlicher Nachteil einer solchen Lösung besteht jedoch darin, dass dann, wenn solche mikrofluidischen Strukturen nicht verhindern, dass Gasblasen in die mikrofluidische Vorrichtung eindringen, die Gasblase in der Reaktionskammer landen und aufgrund der Verdampfung der Probe bei erhöhter Zyklustemperatur wachsen kann, ohne dass eine Möglichkeit besteht, die eingetretene Gasblase zu entfernen. Außerdem kann eine neue Gasblase durch die Verdampfung der Probe bei erhöhten Zyklustemperaturen entstehen, was dazu führt, dass die dPCR-Methode fehlschlägt. Dementsprechend können auch dann, wenn die bekannte Lösung ein Eindringen von bereits vorhandene Gasblasen in die mikrofluidische Vorrichtung mehr oder weniger effektiv verhindern kann, dennoch eintretende Gasblasen oder neu erzeugte Gasblasen während des Thermocyclings nicht gehandhabt werden.To date, there have been various approaches to solving the problem of gas bubbles in the flow channel of a microfluidic device. Like for example in EP 2 830 769 A1 described, one solution to the gas bubble problem is to prevent gas bubbles from entering the microfluidic device during filling by providing certain microfluidic structures after an inlet, such as providing a slot running along an entire edge of a substrate is designed to allow liquids to flow from an inlet manifold through the slot, substantially around the entire edge of the substrate, and into a reaction chamber at the same pressure and without gas bubbles. However, a significant disadvantage of such a solution is that if such microfluidic structures do not prevent gas bubbles from entering the microfluidic device, the gas bubble can end up in the reaction chamber and grow due to the evaporation of the sample at elevated cycle temperature without any possibility consists of removing the gas bubble that has entered. Additionally, a new gas bubble may be created by evaporation of the sample at elevated cycling temperatures, causing the dPCR method to fail. Accordingly, even if the known solution can prevent existing gas bubbles from penetrating into the microfluidic device more or less effectively, gas bubbles that still enter or newly generated gas bubbles cannot be handled during thermocycling.

Eine andere Lösung für das Problem der Gasblasen ist beispielsweise aus der US 2005/0009101 A1 bekannt, in der mikrofluidische Kassetten oder Vorrichtungen beschrieben werden, mit denen eine Reihe von Manipulationen an einer Probe vorgenommen werden können, die letztendlich zum Nachweis oder zur Quantifizierung des Zielanalyten führen, wobei ein Lichtleiter vorgesehen ist, der die Detektion von in Hybridisierungsflüssigkeit oder Waschpuffer gebildeten Blasen ermöglicht, und wobei eine Walze in funktioneller Beziehung zu einer flexiblen Schicht im Sinne einer peristaltischen Interaktion vorgesehen ist, um jegliche detektierten Blasen zu entfernen, wobei ein elastomeres Material der flexiblen Schicht als peristaltisch wirkendes Material verwendet wird. Dementsprechend ist die vorgesehene Lösung auf eine Art des Herausdrückens von Blasen jeglicher Art aus der mikrofluidischen Vorrichtung gerichtet, die jedoch ein elastomeres fluidisches Chipmaterial erfordert. Eine solche Lösung wird jedoch als nicht geeignet für einen dPCR-Chip angesehen, da die Handhabung und Befüllung eines solchen flexiblen Chipmaterials ineffektiv und nur ungenau ist, und die Oberflächenmodifizierbarkeit sowie die optische Qualität eines solchen Materials im Vergleich zu den üblicherweise verwendeten unflexiblen Chipmaterialien schlecht ist.Another solution to the problem of gas bubbles is, for example, from US 2005/0009101 A1 known, in which microfluidic cassettes or devices are described with which a series of manipulations can be carried out on a sample, which ultimately lead to the detection or quantification of the target analyte, with a light guide being provided which enables the detection of substances formed in hybridization liquid or washing buffer bubbles, and wherein a roller is provided in functional relationship with a flexible layer for peristaltic interaction to remove any detected bubbles, using an elastomeric material of the flexible layer as a peristaltic material. Accordingly, the proposed solution is aimed at a way of squeezing bubbles of any kind from the microfluidic device, which, however, requires an elastomeric fluidic chip material. However, such a solution is not considered suitable for a dPCR chip because the handling and filling of such a flexible chip material is ineffective and inaccurate, and the surface modifiability and optical quality of such a material are poor compared to the commonly used inflexible chip materials .

Als weitere Lösung für das Problem der Gasblasen im Inneren einer mikrofluidischen Vorrichtung, die durch das Verdampfen der Probenflüssigkeit verursacht werden, kann Druck auf die mikrofluidische Vorrichtung ausgeübt werden, wie es beispielsweise in der US 2005/0148066 A1 beschrieben ist, bei der eine Vorrichtung zur Durchführung mehrerer gleichzeitiger chemischer und biochemischer Reaktionen in Mikrovolumina in einem Array-Format offenbart wird. Hier wird die Vorrichtung in einem Thermocycler mit einer Rille quer über die Oberfläche thermisch zyklisiert, so dass ein dünner Mikrolochchip in die Rille eingesetzt und thermisch zyklisiert werden kann, wobei ein dünnes wärmeleitendes Silikonkissen verwendet werden kann, um sowohl thermischen Kontakt als auch Druck auf die Oberflächen des Mikrolochchips auszuüben, um die Verdampfung der Proben innerhalb des Arrays und somit die Erzeugung oder das Wachstum von Gasblasen zu verhindern. Ein wesentlicher Nachteil einer solchen Lösung ist die höhere Komplexität der gesamten Instrumentenstruktur sowie die zusätzliche strukturelle Komplexität, die durch die Anwendung von Druck auf den Chip erforderlich ist.As a further solution to the problem of gas bubbles inside a microfluidic device caused by the evaporation of the sample liquid, pressure can be applied to the microfluidic device can be exercised, as is the case, for example, in US 2005/0148066 A1 is described, in which a device for carrying out multiple simultaneous chemical and biochemical reactions in microvolumes in an array format is disclosed. Here the device is thermally cycled in a thermal cycler with a groove across the surface so that a thin microhole chip can be inserted into the groove and thermally cycled, where a thin thermally conductive silicone pad can be used to provide both thermal contact and pressure on the Surfaces of the microhole chip to prevent the evaporation of the samples within the array and thus the generation or growth of gas bubbles. A significant disadvantage of such a solution is the increased complexity of the entire instrument structure, as well as the additional structural complexity required by the application of pressure to the chip.

Daher besteht auf dem technischen Gebiet der dPCR-Tests der allgemeine Bedarf, ein mikrofluidisches System und ein entsprechendes Verfahren für die dPCR einer biologischen Probe bereitzustellen, das eine verbesserte Lösung zur Vermeidung und/oder Entfernung von Gasblasen innerhalb des Strömungskanals aufweist, während die Thermocycling-Effizienz des mikrofluidischen Systems erhalten bleibt oder sogar verbessert wird.Therefore, in the technical field of dPCR testing, there is a general need to provide a microfluidic system and method for dPCR of a biological sample that has an improved solution for preventing and/or removing gas bubbles within the flow channel while thermocycling Efficiency of the microfluidic system is maintained or even improved.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung konnten bestätigen, dass Gasblasen schwerwiegende Probleme im Hinblick auf den erfolgreichen Abschluss des Thermocyclings der Proben verursachen können und somit zu einem erheblichen Versagen des Assays führen können. Es hat sich auch herausgestellt, dass die bisher vorgeschlagenen Lösungen im Hinblick auf die Vermeidung solcher Gasblasen nicht ausreichend oder zufriedenstellend sind. Insbesondere waren die im Stand der Technik bereits vorgeschlagenen Lösungen (siehe oben) entweder zu kostspielig oder nicht ausreichend, um reproduzierbare Testergebnisse zu erzielen. Das Einbringen von Gasblasen in einen Strömungskanal einer mikrofluidischen Vorrichtung sowie die Entstehung neuer Gasblasen und das Gasblasenwachstum während der Temperierung müssen demnach vermieden werden, so dass eine neue und verbesserte Lösung erforderlich wurde. So wurde von den Erfindern eine neue und erfinderische Lösung entwickelt, die im Wesentlichen auf der Idee beruht, bereits vorhandene oder entstehende Gasblasen durch „Spülen“ des mikrofluidischen Chips mit Abtrennflüssigkeit bzw. Abdichtungsflüssigkeit, d.h. mit Trennflüssigkeit, zu entfernen, da Trennflüssigkeit - wenn sie durch den Strömungskanal geströmt wird - jegliche Gasblasen zuverlässig durch den Strömungskanal und aus der Auslassöffnung eines mikrofluidischen Chips spülen kann. Damit löst die vorliegende Erfindung die oben beschriebenen Probleme mit einer vereinfachten und effektiveren Vermeidung und/oder Entfernung von Gasblasen in einem Strömungskanal einer mikrofluidischen Vorrichtung innerhalb eines mikrofluidischen Systems bei gleichzeitiger Verbesserung der Effizienz des Thermocyclings.The inventors of the present invention were able to confirm that gas bubbles can cause serious problems with regard to the successful completion of thermocycling of the samples, thus leading to significant assay failure. It has also turned out that the solutions proposed so far are not sufficient or satisfactory with regard to avoiding such gas bubbles. In particular, the solutions already proposed in the prior art (see above) were either too expensive or not sufficient to achieve reproducible test results. The introduction of gas bubbles into a flow channel of a microfluidic device as well as the formation of new gas bubbles and the growth of gas bubbles during temperature control must therefore be avoided, so that a new and improved solution became necessary. The inventors have developed a new and inventive solution, which is essentially based on the idea of removing existing or emerging gas bubbles by “rinsing” the microfluidic chip with separation liquid or sealing liquid, i.e. with separation liquid, since separation liquid - if they flows through the flow channel - can reliably flush any gas bubbles through the flow channel and out of the outlet opening of a microfluidic chip. The present invention thus solves the problems described above with a simplified and more effective avoidance and/or removal of gas bubbles in a flow channel of a microfluidic device within a microfluidic system while at the same time improving the efficiency of thermocycling.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein mikrofluidisches System für die dPCR einer biologischen Probe bereitgestellt, das beispielsweise zur Untersuchung einer biologischen Probe, die in Form einer Probenflüssigkeit, wie einer polaren wässrigen Probenlösung, bereitgestellt wird, auf einzelne Reaktionsbereiche eines Arrays von Reaktionsbereichen verwendet wird, wobei das mikrofluidische System mindestens eine mikrofluidische Vorrichtung mit einem Einlass, einem Auslass, einem Strömungskanal, der den Einlass mit dem Auslass verbindet, und einem Array von Reaktionsbereichen in Fluidkommunikation mit dem Strömungskanal umfasst. Dabei kann die mikrofluidische Vorrichtung eine Struktur aufweisen, die aus mindestens einer oberen Schicht und einer unteren Schicht besteht, wobei entweder die obere Schicht oder die untere Schicht die Anordnung von Reaktionsbereichen, den Einlass und den Auslass bereitstellen kann. Der Strömungskanal ist zwischen der oberen Schicht und der unteren Schicht ausgebildet und steht in Fluidverbindung mit dem Array von Reaktionsbereiche, das in Form von Mikrowells oder Nanowells ausgeführt sein kann, wodurch die mikrofluidische Vorrichtung beispielsweise zu einem mikrofluidischen Chip wird. Die Breite des gesamten Strömungskanals, auch als Pfadbreite bezeichnet, kann beispielsweise in einem Bereich zwischen 6 mm und 7 mm liegen, beispielsweise bei 6,4 mm, was in der Regel Platz in der Breite für etwa 60 bis 100 Wells nebeneinander, d.h. in einer Querrichtung des Strömungskanals, bietet. Darüber hinaus kann die Querschnittsfläche einer Öffnung jeder Vertiefung kreisförmig, oval oder polygonal, z.B. sechseckig, geformt sein. Bei einer polygonalen Form der Wellöffnung und insbesondere bei einer sechseckigen Form der Wellöffnung ist es möglich, die Wellöffnungen mit einem geringeren Abstand zueinander anzuordnen, d.h. eine höhere Dichte der Verteilung der Wellöffnungen im Strömungskanal zu erreichen. Dementsprechend kann die Anzahl der Wells bzw. der Vertiefungen in der Anordnung der Vertiefungen der Platte weiter maximiert werden. Darüber hinaus kann die Breite der Wellöffnung, einschließlich eines Zwischenraums zwischen den Wells, 60 µm ≤ w ≤ 110 µm betragen, beispielsweise 62 µm (für eine kleine Vertiefung) ≤ w ≤ 104 µm (für eine große Vertiefung). Ferner umfasst das mikrofluidische System einen Strömungskreislauf, der mit der mikrofluidischen Vorrichtung verbunden werden kann, um Flüssigkeit durch den Strömungskanal der mikrofluidischen Vorrichtung strömen zu lassen, und eine Probenflüssigkeitsquelle, die mit der mikrofluidischen Vorrichtung verbunden werden kann, um die mikrofluidische Vorrichtung mit einer Probenflüssigkeit zu versorgen, zum Beispiel mittels des Strömungskreislaufs. Als Material für die mikrofluidische Vorrichtung, d.h. für die Vorrichtungsschichten, können Materialien wie z.B. zyklisches Olefin-Copolymer (COC), zyklisches Olefin-Polymer (COP) o.ä. verwendet werden, wobei die Verwendung von COP z.B. aus Kostengründen bevorzugt ist. Weiterhin kann der Strömungskreislauf mittels eines Schlauchsystems, beispielsweise eines flexiblen Schlauchsystems, bestehend aus einem oder mehreren flexiblen Schläuchen, realisiert werden, wobei die Schläuche aus einer Innenschicht aus Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM)-Kautschuk und einer Außenschicht aus Nitril-Butadien (NBR)-Kautschuk hergestellt sein können, möglicherweise auch mit einem synthetischen Netz verstärkt, oder allgemein aus EPDM, NBR, fluoriertem Ethylen-Propylen-Polymer (FEP), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylchlorid (PVC), Polyethersulfon (PES), Fluorelastomer (FKM), Silikon bestehen und zusätzlich mit einem wärmeisolierenden Material ummantelt sein können.According to a first aspect of the present invention, a microfluidic system for the dPCR of a biological sample is provided, which is used, for example, for examining a biological sample, which is provided in the form of a sample liquid, such as a polar aqueous sample solution, for individual reaction areas of an array of reaction areas wherein the microfluidic system comprises at least one microfluidic device having an inlet, an outlet, a flow channel connecting the inlet to the outlet, and an array of reaction regions in fluid communication with the flow channel. The microfluidic device can have a structure that consists of at least an upper layer and a lower layer, whereby either the upper layer or the lower layer can provide the arrangement of reaction areas, the inlet and the outlet. The flow channel is formed between the upper layer and the lower layer and is in fluid communication with the array of reaction regions, which may be in the form of microwells or nanowells, whereby the microfluidic device becomes, for example, a microfluidic chip. The width of the entire flow channel, also referred to as the path width, can, for example, be in a range between 6 mm and 7 mm, for example 6.4 mm, which usually provides space in width for approximately 60 to 100 wells next to each other, ie in one Transverse direction of the flow channel. In addition, the cross-sectional area of an opening of each depression may be circular, oval or polygonal, for example hexagonal, shaped. With a polygonal shape of the well opening and in particular with a hexagonal shape of the well opening, it is possible to arrange the well openings at a smaller distance from one another, ie to achieve a higher density of the distribution of the well openings in the flow channel. Accordingly, the number of wells or depressions in the arrangement of the wells of the plate can be further maximized. In addition, the width of the well opening, including a space between the wells, can be 60 µm ≤ w ≤ 110 µm, for example 62 µm (for a small well) ≤ w ≤ 104 µm (for a large well). Furthermore, the microfluidic system includes a flow circuit that can be connected to the microfluidic device in order to flow fluid liquid to flow through the flow channel of the microfluidic device, and a sample liquid source that can be connected to the microfluidic device to supply the microfluidic device with a sample liquid, for example by means of the flow circuit. Materials such as cyclic olefin copolymer (COC), cyclic olefin polymer (COP) or the like can be used as the material for the microfluidic device, ie for the device layers, with the use of COP being preferred, for example for cost reasons. Furthermore, the flow circuit can be realized by means of a hose system, for example a flexible hose system, consisting of one or more flexible hoses, the hoses consisting of an inner layer made of ethylene-propylene-diene monomer (EPDM) rubber and an outer layer made of nitrile butadiene (NBR) rubber, possibly also reinforced with a synthetic mesh, or generally made of EPDM, NBR, fluorinated ethylene-propylene polymer (FEP), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl chloride (PVC), polyethersulfone (PES), fluoroelastomer (FKM), silicone and can also be coated with a heat-insulating material.

Darüber hinaus umfasst das mikrofluidische System der vorliegenden Erfindung eine primäre Trennflüssigkeitsquelle, die mit der mikrofluidischen Vorrichtung verbunden werden kann, um die mikrofluidische Vorrichtung mit anfänglicher oder primärer Trennflüssigkeit zum Abdichten der Probenflüssigkeit innerhalb der Anordnung von Reaktionsbereichen zu versorgen, wobei die anfängliche Trennflüssigkeit eine untemperierte Trennflüssigkeit sein kann, d.h. eine nicht erhitzte Trennflüssigkeit, die beispielsweise bei oder in etwa bei Umgebungstemperatur bereitgestellt wird. Darüber hinaus umfasst das mikrofluidische System der vorliegenden Erfindung eine sekundäre Trennflüssigkeitsquelle, die mit der mikrofluidischen Vorrichtung verbunden werden kann, um die mikrofluidische Vorrichtung mit zusätzlicher Trennflüssigkeit zu versorgen, und ein Pumpmittel, das mit dem Strömungskreislauf verbunden ist und die zusätzliche Trennflüssigkeit durch den Strömungskanal pumpen kann. Das Pumpmittel der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise eine Peristaltikpumpe, eine Dosierpumpe oder eine Spritzenpumpe sein, oder alternativ - mit zusätzlichen fluidischen Komponenten wie Ventilen oder dergleichen - kann das Pumpmittel der vorliegenden Erfindung eine beliebige andere Art von Pumpe sein, z.B. eine Membranpumpe, eine Taumelkolbenpumpe, eine Mikrozahnradpumpe oder dergleichen. Ferner kann, als Beispiel für die Anschlussfähigkeit zwischen der mikrofluidischen Vorrichtung und den anschließbaren Komponenten des mikrofluidischen Systems der vorliegenden Erfindung, der Einlass und/oder der Auslass der mikrofluidischen Vorrichtung in Form eines einzigen Anschlusses, wie z.B. eines kreisförmigen fluiddichten Anschlusses, ausgeführt sein, zum Beispiel in Form eines Luer-Lock-Adapters oder dergleichen, zur Verbindung der mikrofluidischen Vorrichtung mit der Probenflüssigkeitsquelle, zur Verbindung der mikrofluidischen Vorrichtung mit der primären Trennflüssigkeitsquelle oder zur Verbindung der mikrofluidischen Vorrichtung mit der sekundären Trennflüssigkeitsquelle ausgeführt sein.In addition, the microfluidic system of the present invention includes a primary separation fluid source that can be connected to the microfluidic device to supply the microfluidic device with initial or primary separation fluid for sealing the sample fluid within the array of reaction regions, the initial separation fluid being a non-temperature separation fluid can be, i.e. a non-heated separating liquid which is provided, for example, at or approximately at ambient temperature. In addition, the microfluidic system of the present invention includes a secondary separation fluid source that can be connected to the microfluidic device to supply the microfluidic device with additional separation fluid, and a pumping means that is connected to the flow circuit and pumps the additional separation fluid through the flow channel can. The pumping means of the present invention can be, for example, a peristaltic pump, a metering pump or a syringe pump, or alternatively - with additional fluidic components such as valves or the like - the pumping means of the present invention can be any other type of pump, e.g. a diaphragm pump, a wobble piston pump, a micro gear pump or the like. Furthermore, as an example of the connectivity between the microfluidic device and the connectable components of the microfluidic system of the present invention, the inlet and/or the outlet of the microfluidic device may be designed in the form of a single connection, such as a circular fluid-tight connection, for For example, in the form of a Luer lock adapter or the like, for connecting the microfluidic device to the sample liquid source, for connecting the microfluidic device to the primary separation liquid source or for connecting the microfluidic device to the secondary separation liquid source.

Mit der oben beschriebenen Kombination aus Trennflüssigkeitsquelle und Pumpeinrichtung des mikrofluidischen Systems der vorliegenden Erfindung und der Möglichkeit, zusätzliche Trennflüssigkeit durch den Strömungskanal zu pumpen, können bereits im Strömungskanal vorhandene Gasblasen oder jede Art von Gasblasen, die während des Thermocyclings der Probe im Inneren der mikrofluidischen Vorrichtung entstehen, durch Spülen des Strömungskanals mit zusätzlicher Trennflüssigkeit aus der mikrofluidischen Vorrichtung entfernt werden. Dementsprechend kann mit der vorliegenden Erfindung der negative Einfluss von Gasblasen auf die Testergebnisse zumindest reduziert oder ganz vermieden werden, was zu einem deutlich verbesserten mikrofluidischen System führt.With the above-described combination of separation liquid source and pumping device of the microfluidic system of the present invention and the possibility of pumping additional separation liquid through the flow channel, gas bubbles already present in the flow channel or any type of gas bubbles that arise during the thermocycling of the sample inside the microfluidic device arise can be removed from the microfluidic device by flushing the flow channel with additional separating liquid. Accordingly, with the present invention, the negative influence of gas bubbles on the test results can at least be reduced or completely avoided, resulting in a significantly improved microfluidic system.

Mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung befasst sich mit dem allgemeinen technischen Gebiet der PCR unter Verwendung einer Well-Platten-basierten Thermocycling-Struktur, wobei der Schwerpunkt auf der Endpunkt-ausgerichteten digitalen PCR liegt. Genauer gesagt ist die Well-Platte in einem mikrofluidischen Chip in Form einer Mikrotiterplatte oder sogar einer Nanowell-Platte mit mehreren tausend Nanowells vorgesehen. Dabei kann es sich um einen Einweg-Mikrofluidik-Chip handeln, bei dem der Strömungskanal in Form eines geschlossenen Füllkanals auf der Seite der Vertiefungsöffnungen vorliegt, der auf der einen Seite mit der makroskopischen Einlassöffnung für die Füllung und auf der anderen Seite mit einer Auslassöffnung für den Überlauf verbunden ist. Der mikrofluidische Einwegchip kann auch mehr als ein Array von Reaktionsbereichen mit einer solchen Mikrotiterplattenstruktur und dementsprechend mehr als einen Füllkanal auf der Seite der Öffnungen enthalten. In der Regel kann der mikrofluidische Chip mit einem sogenannten PCR-Mastermix vorgefüllt werden, der mit dem Zielgemisch in Form der Probenflüssigkeit gemischt wird. Anschließend wird der Strömungskanal an der Seite der Öffnungen der Mikrovertiefungen mit einer Trennflüssigkeit, z.B. einem Abdecköl, gefüllt, um zu verhindern, dass die Probenflüssigkeit in den Mikrovertiefungen während des Thermocyclings verdampft und die Probe von Vertiefung zu Vertiefung wandert. Hier kann das Öl z.B. mit Hilfe von Peristaltikpumpen unter einem Druck von etwa 500 mbar in den Strömungskanal eingefüllt werden. Schließlich kann das mikrofluidische System der vorliegenden Erfindung mit verschiedenen Sensoren ausgestattet werden, die die Befüllung, die korrekte Platzierung und Ähnliches überprüfen.In other words, the present invention addresses the general technical field of PCR using a well-plate based thermocycling structure, with emphasis on endpoint-aligned digital PCR. More specifically, the well plate is provided in a microfluidic chip in the form of a microtiter plate or even a nanowell plate with several thousand nanowells. This can be a disposable microfluidic chip in which the flow channel is in the form of a closed filling channel on the side of the recess openings, which on one side has the macroscopic inlet opening for the filling and on the other side with an outlet opening for connected to the overflow. The microfluidic disposable chip can also contain more than one array of reaction areas with such a microtiter plate structure and accordingly more than one filling channel on the side of the openings. As a rule, the microfluidic chip can be prefilled with a so-called PCR master mix, which is mixed with the target mixture in the form of the sample liquid. Subsequently, the flow channel on the side of the openings of the microwells is filled with a separating liquid, for example a cover oil, in order to prevent the sample liquid in the microwells from evaporating during thermocycling and the sample from migrating from well to well. Here the oil can be filled into the flow channel under a pressure of around 500 mbar, for example with the help of peristaltic pumps. Finally The microfluidic system of the present invention can be equipped with various sensors that check filling, correct placement and the like.

Gemäß einer speziellen Ausführungsform des mikrofluidischen dPCR-Systems der vorliegenden Erfindung bestehen die anfängliche Trennflüssigkeit und die zusätzliche Trennflüssigkeit aus ein und demselben Trennflüssigkeitsmaterial, was bedeutet, dass jede Trennflüssigkeit, die mit dem mikrofluidischen System der vorliegenden Erfindung verwendet wird, derselbe Trennflüssigkeitstyp sein kann. Außerdem muss jede Trennflüssigkeit unmischbar mit der Probenflüssigkeit sein. Als solche unmischbare Flüssigkeit kann eine Ölflüssigkeit oder eine Polymerflüssigkeit verwendet werden, z.B. eine Silikonflüssigkeit, wie Polydimethylsiloxan (PDMS), oder eine Mischung aus einer Ölflüssigkeit und einer Polymerflüssigkeit. Darüber hinaus können die anfängliche Trennflüssigkeit und die zusätzliche Trennflüssigkeit von unterschiedlichen Trennflüssigkeitsquellen oder alternativ von derselben Trennflüssigkeitsquelle bereitgestellt werden, d.h. die anfängliche Trennflüssigkeitsquelle und die sekundäre Trennflüssigkeitsquelle können durch unterschiedliche Trennflüssigkeitsreservoirs oder alternativ durch ein gemeinsames Trennflüssigkeitsreservoir realisiert werden. Insbesondere für den Fall, dass die Ausgangssperrflüssigkeit und die Zusatzsperrflüssigkeit aus ein und demselben Trennflüssigkeitsmaterial bzw. -typ bestehen, können die primäre Trennflüssigkeitsquelle und die sekundäre Trennflüssigkeitsquelle durch einen gemeinsamen Trennflüssigkeitsbehälter realisiert werden, wobei sich die Begriffe „primär“ und „sekundär“ in diesem Fall lediglich auf die Funktionalität des gemeinsamen Trennflüssigkeitsbehälters beziehen, d.h. der gemeinsame Trennflüssigkeitsbehälter, d.h. der gemeinsame Trennflüssigkeitsbehälter kann als primäre Trennflüssigkeitsquelle für die Bereitstellung der anfänglichen Trennflüssigkeit fungieren, die die Probe innerhalb des Arrays von Reaktionsbereichen der mikrofluidischen Vorrichtung primär versiegelt, und kann dann als sekundäre Trennflüssigkeitsquelle für die Bereitstellung zusätzlicher Trennflüssigkeit zum Ausspülen etwaiger Gasblasen aus dem Strömungskanal der mikrofluidischen Vorrichtung fungieren. Eine solche Konfiguration kann gewählt werden, da die Komplexität der Struktur des mikrofluidischen Systems im Vergleich zur Bereitstellung von zwei verschiedenen Trennflüssigkeitsbehältern reduziert werden kann.According to a specific embodiment of the microfluidic dPCR system of the present invention, the initial separation liquid and the additional separation liquid are made of one and the same separation liquid material, which means that each separation liquid used with the microfluidic system of the present invention can be the same type of separation liquid. In addition, each separating liquid must be immiscible with the sample liquid. As such an immiscible liquid, an oil liquid or a polymer liquid can be used, for example a silicone liquid such as polydimethylsiloxane (PDMS), or a mixture of an oil liquid and a polymer liquid. In addition, the initial separation liquid and the additional separation liquid can be provided by different separation liquid sources or alternatively from the same separation liquid source, i.e. the initial separation liquid source and the secondary separation liquid source can be realized by different separation liquid reservoirs or alternatively by a common separation liquid reservoir. In particular, in the event that the initial barrier liquid and the additional barrier liquid consist of one and the same separating liquid material or type, the primary separating liquid source and the secondary separating liquid source can be realized by a common separating liquid container, the terms “primary” and “secondary” being used in this case relate only to the functionality of the common separation liquid container, i.e. the common separation liquid container, i.e. the common separation liquid container can function as a primary separation liquid source for providing the initial separation liquid that primarily seals the sample within the array of reaction regions of the microfluidic device, and can then act as a secondary Separating liquid source for providing additional separating liquid for flushing out any gas bubbles from the flow channel of the microfluidic device. Such a configuration can be chosen because the complexity of the structure of the microfluidic system can be reduced compared to providing two different separation liquid containers.

Gemäß einer weiteren spezifischen Ausführungsform des dPCR-mikrofluidischen Systems der vorliegenden Erfindung kann die Pumpeinrichtung von einer Steuereinheit gesteuert werden, um die zusätzliche Trennflüssigkeit bei Bedarf durch den Strömungskanal zu pumpen, um Gasblasen aus dem Strömungskanal zu spülen. Dabei kann die Steuereinheit von Hand durch einen Bediener oder automatisch ausgelöst werden, z.B. auf der Grundlage eines Rückmeldesignals von einer zusätzlichen Systemkomponente, die das Auftreten von Gasblasen im Strömungskanal erkennt oder überwacht. Auch kann die Steuereinheit die Pumpeinrichtung anweisen, zusätzliche Trennflüssigkeit nach einem vorgegebenen Muster durch den Strömungskanal zu pumpen, z.B. auf der Grundlage der Thermocycling-Schritte, die auf die Probenflüssigkeit in den Reaktionsbereichen anzuwenden sind. Dabei kann es vorteilhaft sein, dass die Pumpeinrichtung so gesteuert wird, dass sie eine vorbestimmte Menge der zusätzlichen Trennflüssigkeit durch den Strömungskanal pumpt, wobei die Pumpeinrichtung so gesteuert werden kann, dass sie die zusätzliche Trennflüssigkeit entweder ständig, intermittierend oder bei Erkennung von Gasblasen im Strömungskanal durch den Strömungskanal pumpt.According to a further specific embodiment of the dPCR microfluidic system of the present invention, the pumping device can be controlled by a control unit to pump the additional separation liquid through the flow channel when necessary to flush gas bubbles from the flow channel. The control unit can be triggered manually by an operator or automatically, for example based on a feedback signal from an additional system component that detects or monitors the occurrence of gas bubbles in the flow channel. Also, the control unit can instruct the pumping device to pump additional separation liquid through the flow channel in a predetermined pattern, for example based on the thermocycling steps to be applied to the sample liquid in the reaction areas. It can be advantageous that the pump device is controlled so that it pumps a predetermined amount of the additional separating liquid through the flow channel, whereby the pump device can be controlled so that it pumps the additional separating liquid either constantly, intermittently or when gas bubbles are detected in the flow channel pumps through the flow channel.

Gemäß einer weiteren spezifischen Ausführungsform des dPCR-mikrofluidischen Systems der vorliegenden Erfindung kann das mikrofluidische System ferner eine mit dem Strömungskreislauf verbundene Blasenfalle zur Abtrennung von Luft aus der Abdichtflüssigkeit umfassen, wobei die Blasenfalle stromabwärts des Auslasses der mikrofluidischen Vorrichtung angeordnet ist. Dadurch können etwaige Gasblasen, die durch die zusätzlich ausgeströmte Trennflüssigkeit aus dem Strömungskanal der mikrofluidischen Vorrichtung herausgespült werden, aus der im Strömungskreislauf fließenden Trennflüssigkeit entfernt werden. Dementsprechend kann die optionale Blasenfalle im Fluidweg der Trennflüssigkeit, wie er durch den Strömungskreislauf vorgegeben ist, angeordnet werden, um Luftblasen aus der geströmten Trennflüssigkeit abzutrennen. Dadurch können Gasblasen sofort aus dem mikrofluidischen System der vorliegenden Erfindung entfernt werden, ohne dass die aus der mikrofluidischen Vorrichtung austretende Trennflüssigkeit aufgefangen und Gasblasen daraus extrahiert werden müssen.According to another specific embodiment of the dPCR microfluidic system of the present invention, the microfluidic system may further comprise a bubble trap connected to the flow circuit for separating air from the sealing liquid, the bubble trap being disposed downstream of the outlet of the microfluidic device. As a result, any gas bubbles that are flushed out of the flow channel of the microfluidic device by the additional separating liquid flowing out can be removed from the separating liquid flowing in the flow circuit. Accordingly, the optional bubble trap can be arranged in the fluid path of the separating liquid, as specified by the flow circuit, in order to separate air bubbles from the flowing separating liquid. As a result, gas bubbles can be immediately removed from the microfluidic system of the present invention without having to collect the separating liquid emerging from the microfluidic device and without having to extract gas bubbles therefrom.

Gemäß einer weiteren spezifischen Ausführungsform des dPCR-mikrofluidischen Systems der vorliegenden Erfindung kann die Probenflüssigkeit eine wässrige Lösung sein, die die biologische Probe und die für den dPCR-Assay erforderlichen Reagenzien umfasst, wobei die Probenflüssigkeit zunächst durch den Strömungskanal in die Anordnung der Reaktionsbereiche geströmt werden kann, um jeden Reaktionsbereich mit Probenflüssigkeit zu füllen. Anschließend, d.h. nach der Bereitstellung der Probenflüssigkeit für die Anordnung von Reaktionsbereichen, wird die anfängliche Trennflüssigkeit in den Strömungskanal der mikrofluidischen Vorrichtung geströmt, um die Probenflüssigkeit innerhalb der Reaktionsbereiche zu versiegeln.According to a further specific embodiment of the dPCR microfluidic system of the present invention, the sample liquid may be an aqueous solution comprising the biological sample and the reagents required for the dPCR assay, wherein the sample liquid is first flowed through the flow channel into the arrangement of the reaction areas can be used to fill each reaction area with sample liquid. Subsequently, i.e. after providing the sample liquid for the arrangement of reaction regions, the initial separation liquid is flowed into the flow channel of the microfluidic device in order to seal the sample liquid within the reaction regions.

Gemäß einer weiteren spezifischen Ausführungsform des dPCR-mikrofluidischen Systems der vorliegenden Erfindung kann das mikrofluidische System ferner eine Detektionseinrichtung zum Nachweis des Vorhandenseins oder der Erzeugung von Gasblasen in der mikrofluidischen Vorrichtung umfassen, wie z.B. eine optische Abbildungsvorrichtung, beispielsweise eine optische Kamera, die das Vorhandensein oder die Erzeugung von Gasblasen im Inneren des Strömungskanals vor und während des Thermocyclings nachweisen und/oder überwachen kann, sofern der Strömungskanal eine optische Überwachung ermöglicht. Dabei kann z.B. das Innere des Strömungskanals von außen sichtbar gemacht werden, z.B. durch ein Sichtfenster, transparente Wände des Strömungskanals, o.ä.. Dementsprechend kann die Detektionseinrichtung dazu verwendet werden, ein Rückmeldesignal zu liefern, das das Auftreten von Gasblasen im Inneren des Strömungskanals anzeigt, wobei die Steuereinheit auf der Grundlage eines solchen Rückmeldesignals ausgelöst werden kann. Mit einer solchen Struktur kann das mikrofluidische System automatisch arbeiten, ohne dass ein Bediener die mikrofluidische Vorrichtung während des Thermocyclings oder dergleichen überwachen muss.According to a further specific embodiment of the dPCR microfluidic system of the present invention, the microfluidic system may further comprise a detection device for detecting the presence or generation of gas bubbles in the microfluidic device, such as an optical imaging device, for example an optical camera, which detects the presence or can detect and/or monitor the generation of gas bubbles inside the flow channel before and during thermocycling, provided the flow channel enables optical monitoring. For example, the interior of the flow channel can be made visible from the outside, for example through a viewing window, transparent walls of the flow channel, or similar. Accordingly, the detection device can be used to provide a feedback signal that indicates the occurrence of gas bubbles inside the flow channel indicates, wherein the control unit can be triggered based on such a feedback signal. With such a structure, the microfluidic system can operate automatically without requiring an operator to monitor the microfluidic device during thermocycling or the like.

Um das Probenmaterial in den Reaktionsbereichen mit einem Thermozyklus-Temperaturprofil zu versehen, kann das mikrofluidische System eine thermische Halterung umfassen, die die mikrofluidische Vorrichtung aufnimmt, um die Anordnung der Reaktionsbereiche mit einem Thermozyklus-Temperaturprofil zu versehen. Beispielsweise kann eine thermische Struktur, wie sie im Zusammenhang mit einer der 4A bis 4D beschrieben ist, verwendet werden, d.h. ein sogenannter Plattenzyklierer kann die mikrofluidische Vorrichtung des mikrofluidischen Systems der vorliegenden Erfindung aufnehmen. Alternativ kann die Bereitstellung eines Thermocycling-Temperaturprofils für das Array von Reaktionsbereichen mittels einer Heiz- und/oder Kühleinrichtung zum Aufheizen und/oder Abkühlen der Temperatur der zusätzlichen Trennflüssigkeit auf eine gewünschte Thermocycling-Temperaturprofiltemperatur erfolgen. Somit kann das gewünschte Thermocycling-Temperaturprofil des Inhalts der Reaktionsbereiche nicht durch Wärmezufuhr mittels einer externen Wärmequelle in thermischer Verbindung mit der mikrofluidischen Vorrichtung realisiert werden, sondern mittels einer jeweils erwärmten oder gekühlten Trennflüssigkeit, die durch den Strömungskanal der mikrofluidischen Vorrichtung strömt, d.h. eine neue Art der Wärmezufuhr zum Probenmaterial, wobei jegliche Art von Gasblasen im Strömungskanal ausgespült werden kann. Mit einer solchen Lösung kann also nicht nur die Entfernung von Gasblasen, sondern auch die Erwärmung und/oder Abkühlung der biologischen Probe in den Reaktionsbereichen innerhalb der mikrofluidischen Vorrichtung erreicht werden. Dementsprechend kann auch eine direktere und schnellere Anwendung eines Thermocycling-Temperaturprofils auf die biologischen Proben erreicht werden, wobei die üblicherweise bekannten externen Komponenten, wie z.B. ein oberer Heizer und ein unterer Heizer, weggelassen werden können, wodurch der bekannte Aufbau einer Thermocycling-Vorrichtung vereinfacht wird. Um eine solche Temperatursteuerung aus dem Inneren der mikrofluidischen Vorrichtung anstelle einer externen Wärmezufuhr zu erreichen, gibt es hier mehrere Optionen, die auf Wunsch miteinander kombiniert werden können, darunter die folgenden:

  1. (a) die sekundäre Trennflüssigkeitsquelle ein Reservoir mit nicht beheizter zusätzlicher Trennflüssigkeit umfasst, wobei stromabwärts des Reservoirs eine Durchflusserwärmungseinrichtung vorgesehen ist, um die zusätzliche Trennflüssigkeit bei Bedarf zu erwärmen, d.h. um die durch die Durchflusserwärmungseinrichtung strömende Trennflüssigkeit zu erwärmen, wenn das Temperaturprofil des Thermozyklus dies erfordert, wobei die Durchflusserwärmungseinrichtung in Form einer Temperiereinrichtung, die um einen Teil des vom Trennflüssigkeitsreservoir kommenden Strömungskreislaufs vorgesehen ist, eines angeschlossenen Durchflusserhitzers oder dergleichen ausgeführt sein kann;
  2. (b) die sekundäre Trennflüssigkeitsquelle mindestens ein Reservoir mit erwärmter zusätzlicher Trennflüssigkeit und mindestens ein Reservoir mit nicht erwärmter oder gekühlter zusätzlicher Trennflüssigkeit umfasst, wobei die Reservoire mittels eines jeweiligen Ventilmechanismus oder dergleichen, wie beispielsweise eines elektronisch gesteuerten Abgabeventils, trennbar mit dem Strömungskreislauf verbunden sein können, oder die Reservoire mittels eines Mischventils mit dem Strömungskreislauf verbunden sein können, um erwärmte zusätzliche Trennflüssigkeit und nicht erwärmte oder gekühlte zusätzliche Trennflüssigkeit zu mischen, um die gewünschte Temperatur der der mikrofluidischen Vorrichtung zuzuführenden Trennflüssigkeit zu erreichen;
  3. (c) die zusätzliche Trennflüssigkeit ein elektrisch leitfähiges Material, wie z.B. Graphen, umfasst, um die zusätzliche Trennflüssigkeit bei Bedarf durch die Anwendung von Elektrizität auf die zusätzliche Trennflüssigkeit zu erhitzen.
To provide the sample material in the reaction regions with a thermal cycling temperature profile, the microfluidic system may include a thermal holder that receives the microfluidic device to provide the array of reaction regions with a thermal cycling temperature profile. For example, a thermal structure such as that associated with one of the 4A until 4D described, that is, a so-called plate cycler can accommodate the microfluidic device of the microfluidic system of the present invention. Alternatively, a thermocycling temperature profile for the array of reaction regions can be provided by means of a heating and/or cooling device for heating and/or cooling the temperature of the additional separating liquid to a desired thermocycling temperature profile temperature. Thus, the desired thermocycling temperature profile of the contents of the reaction regions can be realized not by supplying heat by means of an external heat source in thermal connection with the microfluidic device, but by means of a respectively heated or cooled separating liquid that flows through the flow channel of the microfluidic device, ie a new type the supply of heat to the sample material, whereby any type of gas bubbles in the flow channel can be flushed out. With such a solution, not only the removal of gas bubbles, but also the heating and/or cooling of the biological sample in the reaction areas within the microfluidic device can be achieved. Accordingly, a more direct and rapid application of a thermocycling temperature profile to the biological samples can also be achieved, wherein the commonly known external components, such as an upper heater and a lower heater, can be omitted, thereby simplifying the known structure of a thermocycling device . To achieve such temperature control from within the microfluidic device instead of external heat input, there are several options that can be combined if desired, including the following:
  1. (a) the secondary separation liquid source comprises a reservoir with unheated additional separation liquid, a flow-through heating device being provided downstream of the reservoir in order to heat the additional separation liquid if necessary, ie to heat the separation liquid flowing through the flow-through heating device if the temperature profile of the thermal cycle so requires, wherein the flow heating device can be designed in the form of a temperature control device, which is provided around a part of the flow circuit coming from the separating liquid reservoir, a connected flow heater or the like;
  2. (b) the secondary separation liquid source comprises at least one reservoir with heated additional separation liquid and at least one reservoir with unheated or cooled additional separation liquid, wherein the reservoirs can be separably connected to the flow circuit by means of a respective valve mechanism or the like, such as an electronically controlled dispensing valve , or the reservoirs can be connected to the flow circuit by means of a mixing valve in order to mix heated additional separation liquid and non-heated or cooled additional separation liquid in order to achieve the desired temperature of the separation liquid to be supplied to the microfluidic device;
  3. (c) the additional separation fluid comprises an electrically conductive material, such as graphene, to heat the additional separation fluid as needed by applying electricity to the additional separation fluid.

Bei Verwendung einer der Optionen (a) und (b) oder einer Kombination davon muss die Pumpeinrichtung so angepasst sein, dass sie den gewünschten dPCR-Zyklen folgen kann, d.h. die jeweils temperierte zusätzliche Trennflüssigkeit über das Probenarray und wieder davon weg bringen und eine beliebige Menge an zusätzlicher Trennflüssigkeit durch den Strömungskanal pumpen, um Gasblasen zu entfernen. Im Falle von Option (c), d.h. wenn die Trennflüssigkeit elektrisch erwärmt wird, sollte es sich um eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit handeln, die einen geeigneten Widerstand bietet, so dass sie sich beim Stromfluss erwärmt. Hier eignet sich eine Graphenlösung für eine solche Anwendung. In diesem Fall kann die Trennflüssigkeit jedoch nicht elektrisch abgekühlt werden; stattdessen muss entweder das Reservoir oder der mikrofluidische Chip selbst gekühlt werden, falls die Probentemperatur während der dPCR gesenkt werden muss. Außerdem könnte bei Anwendung der elektrischen Heizlösung ein kreisförmiges Trennflüssigkeitssystem ohne Reservoir verwendet werden, was eine genaue Kontrolle der dPCR-Zyklen erfordern würde, zum Beispiel durch eine umfassende Sensorstruktur, die die Temperaturen und Strömungen in Echtzeit überwacht.When using one of options (a) and (b) or a combination thereof, the pumping device must be adapted so that it can follow the desired dPCR cycles, ie bring the respective tempered additional separation liquid over and away from the sample array and any Amount of additional separating fluid Pump through the flow channel to remove gas bubbles. In the case of option (c), i.e. when the separation fluid is electrically heated, it should be an electrically conductive fluid that provides suitable resistance so that it heats up when current flows. A graphene solution is suitable for such an application. In this case, however, the separating liquid cannot be cooled electrically; instead, either the reservoir or the microfluidic chip itself must be cooled if the sample temperature needs to be lowered during dPCR. Furthermore, when using the electric heating solution, a circular separation fluid system without a reservoir could be used, which would require precise control of the dPCR cycles, for example through a comprehensive sensor structure that monitors the temperatures and flows in real time.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des dPCR-mikrofluidischen Systems der vorliegenden Erfindung kann das mikrofluidische System zusätzlich eine Druckkammer umfassen, die zumindest die mikrofluidische Vorrichtung umgibt. Hier kann die Funktionalität einer solchen zusätzlichen Druckkammer die bereits erreichte Vermeidung oder Beseitigung von Gasblasen im Inneren des mikrofluidischen Systems der vorliegenden Erfindung ergänzen und damit weiter sicherstellen, dass Gasblasen die Assay-Ergebnisse nicht stören können. Für das Thermocycling selbst kann die mikrofluidische Einwegvorrichtung einschließlich der ölgefüllten Öffnungen daher unter einen Druck von 1 bis 2 bar, beispielsweise etwa 1,5 bar, gesetzt werden, um die Blasenbildung während des Thermocyclings weiter zu unterdrücken. Dabei wird der Druck vorzugsweise auf die Innenseite der mikrofluidischen Vorrichtung aufgebracht, indem die gesamte mikrofluidische Vorrichtung innerhalb der Druckkammer angeordnet wird.According to a further embodiment of the dPCR microfluidic system of the present invention, the microfluidic system may additionally comprise a pressure chamber that surrounds at least the microfluidic device. Here, the functionality of such an additional pressure chamber can complement the already achieved avoidance or elimination of gas bubbles inside the microfluidic system of the present invention and thus further ensure that gas bubbles cannot interfere with the assay results. For the thermal cycling itself, the microfluidic disposable device including the oil-filled openings can therefore be placed under a pressure of 1 to 2 bar, for example about 1.5 bar, in order to further suppress the formation of bubbles during thermal cycling. The pressure is preferably applied to the inside of the microfluidic device by arranging the entire microfluidic device within the pressure chamber.

Gemäß einer weiteren spezifischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner mindestens einen Sensor zur Überwachung der Temperatur der in der mikrofluidischen Vorrichtung aufgenommenen biologischen Proben umfassen, wobei ein solcher Sensor ein Temperatursensor sein kann, beispielsweise in Kombination mit einem Fluidflusssensor. Durch die Bereitstellung eines entsprechenden Sensors an einer der Komponenten des erfindungsgemäßen mikrofluidischen Systems kann die Temperatur der biologischen Proben während der dPCR genau überwacht werden, und die Heiz-/Kühlfunktion des mikrofluidischen Systems kann basierend auf den gemessenen Temperaturwerten der Proben gesteuert werden, um die verschiedenen Temperaturplateaus der dPCR genau und effizient zu regulieren. Dementsprechend ermöglichen derartige Sensoren, z.B. Temperatursensoren, eine präzise Steuerung der Thermocycling-Temperatur durch einen Steueralgorithmus oder Ähnliches, wobei Temperatursensoren und andere Sensoren zur Steuerung der jeweiligen Heiz-/Kühlrate verwendet werden, wobei die Heiz-/Kühlleistung durch Änderung der Fluidpumpgeschwindigkeit erheblich variiert werden kann.According to a further specific embodiment of the present invention, the device according to the invention can further comprise at least one sensor for monitoring the temperature of the biological samples recorded in the microfluidic device, such a sensor being a temperature sensor, for example in combination with a fluid flow sensor. By providing a corresponding sensor on one of the components of the microfluidic system according to the invention, the temperature of the biological samples can be accurately monitored during dPCR, and the heating/cooling function of the microfluidic system can be controlled based on the measured temperature values of the samples in order to achieve the various To regulate temperature plateaus of dPCR precisely and efficiently. Accordingly, such sensors, e.g., temperature sensors, enable precise control of the thermocycling temperature through a control algorithm or the like, using temperature sensors and other sensors to control the respective heating/cooling rate, with the heating/cooling output being varied significantly by changing the fluid pumping speed can.

Ferner wird hierin ein Verfahren zur dPCR einer biologischen Probe in einem wie oben beschriebenen mikrofluidischen System beschrieben, wobei das Verfahren einen Schritt des Strömens einer Probenflüssigkeit durch den Strömungskanal der mikrofluidischen Vorrichtung, die insbesondere in Form eines mikrofluidischen Chips bereitgestellt wird, und des Füllens der Anordnung von Reaktionsbereichen mit der Probenflüssigkeit in einer aufeinanderfolgenden Weise durch Drücken der Probenflüssigkeit durch den Strömungskanal umfasst, einen anschließenden Schritt des Durchströmens einer anfänglichen Trennflüssigkeit durch den Strömungskanal der mikrofluidischen Vorrichtung, um jeden Reaktionsbereich zu versiegeln, nachdem dieser mit der Probenflüssigkeit gefüllt wurde, und um restliche Probenflüssigkeit aus der mikrofluidischen Vorrichtung herauszudrücken, einen Schritt des Anlegens eines Thermocycling-Temperaturprofils an die Anordnung von Reaktionsbereichen und einen Schritt des Pumpens zusätzlicher Trennflüssigkeit durch den Strömungskanal der mikrofluidischen Vorrichtung, um Gasblasen aus dem Strömungskanal zu spülen. Dabei können der Schritt des Aufbringens eines Temperaturprofils auf die Anordnung von Reaktionsbereichen und der Schritt des Pumpens von zusätzlicher Trennflüssigkeit durch den Strömungskanal der mikrofluidischen Vorrichtung zum Ausspülen von Gasblasen aus dem Strömungskanal in einem kombinierten Schritt erfolgen, d.h. wenn die Beaufschlagung des Arrays von Reaktionsbereichen mit einer Temperatur durch das Pumpen von erwärmter zusätzlicher Trennflüssigkeit durch den Strömungskanal erreicht wird, wobei das Pumpen der zusätzlichen Trennflüssigkeit zu einer Erwärmung der Probenflüssigkeit im Inneren der Reaktionsarrays und gleichzeitig zum Ausspülen von Gasblasen aus dem Strömungskanal führt. Weiter bevorzugt umfasst das beschriebene dPCR-Verfahren auch einen Schritt des Assays der in dem Array von Reaktionsbereichen bereitgestellten biologischen Probe, wodurch das Verfahren zu einem auf dPCR basierenden Analyseverfahren wird.Furthermore, a method for dPCR of a biological sample in a microfluidic system as described above is described herein, the method comprising a step of flowing a sample liquid through the flow channel of the microfluidic device, which is provided in particular in the form of a microfluidic chip, and filling the arrangement of reaction regions with the sample liquid in a sequential manner by forcing the sample liquid through the flow channel, a subsequent step of flowing an initial separation liquid through the flow channel of the microfluidic device to seal each reaction region after it has been filled with the sample liquid, and remaining squeezing sample liquid out of the microfluidic device, a step of applying a thermocycling temperature profile to the array of reaction regions, and a step of pumping additional separation liquid through the flow channel of the microfluidic device to flush gas bubbles from the flow channel. The step of applying a temperature profile to the arrangement of reaction areas and the step of pumping additional separating liquid through the flow channel of the microfluidic device for flushing out gas bubbles from the flow channel can take place in a combined step, i.e. if the array of reaction areas is exposed to a Temperature is achieved by pumping heated additional separation liquid through the flow channel, the pumping of the additional separation liquid leading to a heating of the sample liquid inside the reaction array and at the same time to the flushing out of gas bubbles from the flow channel. More preferably, the dPCR method described also includes a step of assaying the biological sample provided in the array of reaction areas, whereby the method becomes a dPCR-based analysis method.

Der Schritt des Pumpens zusätzlicher Trennflüssigkeit kann durch den Strömungskanal das Pumpen einer vorbestimmten Menge zusätzlicher Trennflüssigkeit durch den Strömungskanal bei Bedarf umfassen, wobei der Schritt des Pumpens zusätzlicher Trennflüssigkeit durch den Strömungskanal entweder ein Schritt des ständigen Pumpens zusätzlicher Trennflüssigkeit durch den Strömungskanal oder ein Schritt des intermittierenden Pumpens zusätzlicher Trennflüssigkeit durch den Strömungskanal, beispielsweise nur dann, wenn die Probenflüssigkeit innerhalb der Reaktionsbereiche temperiert werden muss, und/oder ein Schritt des Pumpens zusätzlicher Trennflüssigkeit durch den Strömungskanal bei Erkennung von Gasblasen im Strömungskanal sein kann. Durch die Möglichkeit, bei Bedarf zusätzliche Trennflüssigkeit durch den Strömungskanal zu pumpen, können bereits vorhandene Gasblasen im Strömungskanal oder jegliche Art von Gasblasen, die während des Thermocyclings der Probe im Inneren der mikrofluidischen Vorrichtung entstehen, durch Spülen des Strömungskanals mit zusätzlicher Trennflüssigkeit aus der mikrofluidischen Vorrichtung entfernt werden. Dementsprechend kann mit diesem Verfahren der negative Einfluss von Gasblasen auf die Testergebnisse zumindest reduziert oder ganz vermieden werden, was zu einem deutlich verbesserten Verfahren zur dPCR einer biologischen Probe in dem erfindungsgemäßen mikrofluidischen System führt.The step of pumping additional separation fluid through the flow channel may include pumping a predetermined amount of additional separation fluid through the flow channel as needed, wherein the step of pumping additional separation fluid through the flow channel is either a step of continuously pumping additional separation fluid through the flow channel or a step of intermittently pumping additional separating liquid through the flow channel, for example only if the sample liquid has to be tempered within the reaction areas, and / or can be a step of pumping additional separating liquid through the flow channel when gas bubbles are detected in the flow channel. Due to the possibility of pumping additional separating liquid through the flow channel if necessary, existing gas bubbles in the flow channel or any type of gas bubbles that arise during the thermocycling of the sample inside the microfluidic device can be removed by flushing the flow channel with additional separating liquid from the microfluidic device be removed. Accordingly, with this method, the negative influence of gas bubbles on the test results can at least be reduced or completely avoided, which leads to a significantly improved method for dPCR of a biological sample in the microfluidic system according to the invention.

Das hierin beschriebene Verfahren kann ferner einen Schritt der Überwachung und des Nachweises des Vorhandenseins oder der Erzeugung von Gasblasen in der mikrofluidischen Vorrichtung umfassen, z.B. mit Hilfe der Nachweismittel, z.B. in Form einer optischen Kamera oder dergleichen, die das Vorhandensein oder die Erzeugung von Gasblasen im Inneren des Strömungskanals vor und während des Thermocyclings nachweisen und/oder überwachen kann, vorausgesetzt, dass der Strömungskanal eine optische Überwachung ermöglicht, d.h. das Innere des Strömungskanals ist von außen sichtbar, z.B. mittels eines Sichtfensters, transparenter Wände des Strömungskanals oder dergleichen. Dementsprechend kann die Detektionseinrichtung dazu verwendet werden, ein Rückmeldesignal zu liefern, das das Auftreten von Gasblasen im Inneren des Strömungskanals anzeigt, wobei die Steuereinheit auf der Grundlage eines solchen Rückmeldesignals ausgelöst werden kann, was zu einem rückmeldegesteuerten dPCR-Verfahren führt. Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren einen weiteren Schritt zur Abtrennung von Gasblasen aus der zusätzlichen Trennflüssigkeit umfassen, beispielsweise mit Hilfe der Blasenfalle, die mit dem Strömungskreislauf stromabwärts des Auslasses der mikrofluidischen Vorrichtung verbunden ist. Auf diese Weise kann jede Gasblase, die durch die strömende zusätzliche Trennflüssigkeit aus dem Strömungskanal der mikrofluidischen Vorrichtung herausgespült wird, aus der im Strömungskreislauf fließenden Trennflüssigkeit entfernt werden. Dementsprechend kann der optionale Schritt der Abtrennung von Gasblasen aus der zusätzlichen Trennflüssigkeit mittels der im Fluidpfad der Trennflüssigkeit angeordneten Blasenfalle nützlich sein, um Gasblasen sofort aus dem mikrofluidischen System der vorliegenden Erfindung zu entfernen, ohne die Notwendigkeit, die aus der mikrofluidischen Vorrichtung austretende Trennflüssigkeit zu sammeln und alle Gasblasen zu einem späteren Zeitpunkt daraus zu extrahieren. Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren auch einen Schritt der Druckbeaufschlagung der mikrofluidischen Vorrichtung umfassen, zum Beispiel mittels einer Druckkammer, die zumindest die mikrofluidische Vorrichtung umgibt. Die Funktionalität eines solchen zusätzlichen Druckaufbringungsschritts kann die bereits erreichte Vermeidungs- oder Entfernungsfähigkeit des dPCR-Verfahrens ergänzen, wodurch weiter sichergestellt wird, dass Gasblasen die Testergebnisse nicht stören. Dabei kann die mikrofluidische Vorrichtung mit einem Druck von 1 bis 2 bar, beispielsweise etwa 1,5 bar, beaufschlagt werden, um die Blasenbildung während des Thermocyclings weiter zu unterdrücken, wobei der Druck auf das Innere der mikrofluidischen Vorrichtung aufgebracht werden kann, entweder durch Druckbeaufschlagung einer Seitenwand des Strömungskanals, die als flexibles druckübertragendes Bauteil wirkt, oder durch Druckbeaufschlagung der gesamten mikrofluidischen Vorrichtung, die in diesem Fall eine gewisse Kompressibilität aufweisen muss.The method described herein may further comprise a step of monitoring and detecting the presence or generation of gas bubbles in the microfluidic device, for example using the detection means, for example in the form of an optical camera or the like, which detects the presence or generation of gas bubbles in the microfluidic device The interior of the flow channel can be detected and/or monitored before and during thermal cycling, provided that the flow channel enables optical monitoring, i.e. the interior of the flow channel is visible from the outside, for example by means of a viewing window, transparent walls of the flow channel or the like. Accordingly, the detection device can be used to provide a feedback signal indicating the occurrence of gas bubbles inside the flow channel, wherein the control unit can be triggered based on such feedback signal, resulting in a feedback-controlled dPCR method. Alternatively or additionally, the method may include a further step for separating gas bubbles from the additional separation liquid, for example with the aid of the bubble trap, which is connected to the flow circuit downstream of the outlet of the microfluidic device. In this way, every gas bubble that is flushed out of the flow channel of the microfluidic device by the additional separating liquid flowing can be removed from the separating liquid flowing in the flow circuit. Accordingly, the optional step of separating gas bubbles from the additional separation liquid using the bubble trap disposed in the fluid path of the separation liquid may be useful to immediately remove gas bubbles from the microfluidic system of the present invention without the need to collect the separation liquid exiting the microfluidic device and extract any gas bubbles from it at a later date. Alternatively or additionally, the method can also include a step of pressurizing the microfluidic device, for example by means of a pressure chamber that surrounds at least the microfluidic device. The functionality of such an additional pressure application step can complement the already achieved avoidance or removal capability of the dPCR method, further ensuring that gas bubbles do not interfere with test results. The microfluidic device can be pressurized with a pressure of 1 to 2 bar, for example about 1.5 bar, in order to further suppress the formation of bubbles during thermocycling, the pressure being able to be applied to the interior of the microfluidic device, either by pressurization a side wall of the flow channel, which acts as a flexible pressure-transmitting component, or by pressurizing the entire microfluidic device, which in this case must have a certain compressibility.

Der Schritt der Anwendung eines Thermocycling-Temperaturprofils auf das Array von Reaktionsbereichen kann einen Schritt der Steuerung des Temperaturprofils einer thermischen Halterung, die die mikrofluidische Vorrichtung aufnimmt, umfassen, um ein Thermocycling-Temperaturprofil für das Array von Reaktionsbereichen bereitzustellen, oder - alternativ - einen Schritt der Steuerung einer Heiz- und/oder Kühleinrichtung zum Erhitzen und/oder Kühlen der Temperatur der Trennflüssigkeit auf eine gewünschte Thermocycling-Temperaturprofiltemperatur. Dabei kann der Schritt der Steuerung einer Heiz- und/oder Kühleinrichtung eine der folgenden Optionen umfassen:

  1. (a) einen Schritt zur Steuerung einer stromabwärts von der sekundären Trennflüssigkeitsquelle vorgesehenen Durchflussheizeinrichtung, um die zusätzliche Trennflüssigkeit bei Bedarf zu erwärmen;
  2. (b) einen Schritt der Steuerung eines Ventilmechanismus zum Mischen von zusätzlicher Trennflüssigkeit aus mindestens einem Vorratsbehälter mit einer beheizten zusätzlichen Trennflüssigkeit und mindestens einem Vorratsbehälter mit einer nicht beheizten oder gekühlten zusätzlichen Trennflüssigkeit;
  3. (c) einen Schritt des Anlegens von Elektrizität an die zusätzliche Trennflüssigkeit je nach Bedarf, wobei die zusätzliche Trennflüssigkeit elektrisch leitendes Material, wie Graphen-Material, zur Erwärmung der zusätzlichen Trennflüssigkeit durch die Anwendung von Elektrizität umfasst;
  4. (d) eine Kombination der zuvor genannten optionalen Schritte (a) bis (c).
The step of applying a thermocycling temperature profile to the array of reaction regions may include a step of controlling the temperature profile of a thermal fixture that houses the microfluidic device to provide a thermocycling temperature profile to the array of reaction regions, or, alternatively, a step controlling a heating and/or cooling device for heating and/or cooling the temperature of the separating liquid to a desired thermocycling temperature profile temperature. The step of controlling a heating and/or cooling device can include one of the following options:
  1. (a) a step of controlling a flow heater provided downstream of the secondary separation fluid source to heat the additional separation fluid as needed;
  2. (b) a step of controlling a valve mechanism for mixing additional separation liquid from at least one storage container with a heated additional separation liquid and at least one storage container with a non-heated or cooled additional separation liquid;
  3. (c) a step of applying electricity to the additional separation liquid as needed, the additional separation liquid comprising electrically conductive material, such as graphene material, for heating the additional separation liquid by the application of electricity;
  4. (d) a combination of the aforementioned optional steps (a) to (c).

Das oben beschriebene mikrofluidische System der vorliegenden Erfindung kann Teil eines automatisierten Verarbeitungssystems sein, wie z.B. eines analytischen, präanalytischen oder postanalytischen Verarbeitungssystems, das üblicherweise in modernen Laboratorien zur automatischen Verarbeitung biologischer Proben eingesetzt wird, das jedes Gerät oder jede Gerätekomponente umfassen kann, welches bzw. welche in der Lage ist/sind, einen oder mehrere Verarbeitungsschritte/Arbeitsschritte an einer oder mehreren biologischen Proben auszuführen, und das analytische Instrumente, präanalytische Instrumente und auch postanalytische Instrumente umfasst. Der Ausdruck „Verarbeitungsschritte“ bezieht sich dabei auf physisch ausgeführte Verarbeitungsschritte, wie z.B. die Durchführung der einzelnen Schritte eines dPCR-Verfahrens. Der Begriff „analytisch“, wie er hier verwendet wird, umfasst jeden Prozessschritt, der von einem oder mehreren Laborgeräten oder operativen Einheiten ausgeführt wird, die zur Durchführung eines analytischen Tests an einer oder mehreren biologischen Proben geeignet sind. Im Kontext der biomedizinischen Forschung ist die analytische Bearbeitung ein technisches Verfahren zur Charakterisierung der Parameter einer biologischen Probe oder eines Analyten. Eine solche Charakterisierung von Parametern umfasst beispielsweise die Bestimmung der Konzentration bestimmter Proteine, Nukleinsäuren, Metaboliten, Ionen oder Moleküle verschiedener Größen in biologischen Proben, die von Menschen oder Labortieren stammen, oder Ähnliches. Die gesammelten Informationen können verwendet werden, um z.B. die Auswirkungen der Verabreichung von Medikamenten auf den Organismus oder auf bestimmte Gewebe zu bewerten. Weitere Analysen können optische, elektrochemische oder andere Parameter der biologischen Proben oder der im Probenmaterial enthaltenen Analyten bestimmen.The microfluidic system of the present invention described above may be part of an automated processing system, such as an analytical, pre-analytical or post-analytical processing system commonly used in modern laboratories for automatic processing of biological samples, which may include any device or device component which which is/are capable of carrying out one or more processing steps/operations on one or more biological samples, and which includes analytical instruments, pre-analytical instruments and also post-analytical instruments. The term “processing steps” refers to physically carried out processing steps, such as carrying out the individual steps of a dPCR process. The term “analytical,” as used herein, includes any process step performed by one or more laboratory instruments or operational units capable of performing an analytical test on one or more biological samples. In the context of biomedical research, analytical processing is a technical procedure for characterizing the parameters of a biological sample or analyte. Such characterization of parameters includes, for example, the determination of the concentration of certain proteins, nucleic acids, metabolites, ions or molecules of various sizes in biological samples derived from humans or laboratory animals, or the like. The information collected can be used, for example, to evaluate the effects of drug administration on the organism or on certain tissues. Further analyzes can determine optical, electrochemical or other parameters of the biological samples or the analytes contained in the sample material.

Die oben beschriebenen Verfahrensschritte können von der Steuereinheit des beschriebenen mikrofluidischen Systems gesteuert werden, die auch jede Art von Betätigung oder Überwachung des oben beschriebenen mikrofluidischen Systems und seiner Komponenten steuern kann, wobei der Begriff „Steuereinheit“, wie er hier verwendet wird, jedes physische oder virtuelle Verarbeitungsgerät, wie z.B. eine CPU oder ähnliches, umfasst, das auch ein ganzes Laborinstrument oder sogar eine ganze Arbeitsstation, die ein oder mehrere Laborinstrumente umfasst, so steuern kann, dass Arbeitsabläufe und Arbeitsschritte durchgeführt werden. Die Steuereinheit kann beispielsweise verschiedene Arten von Anwendungssoftware tragen und das automatisierte Verarbeitungssystem oder ein bestimmtes Instrument oder Gerät davon anweisen, präanalytische, postanalytische und analytische Arbeitsabläufe/Arbeitsschritte durchzuführen. Die Steuereinheit kann von einer Datenverwaltungseinheit Informationen darüber erhalten, welche Schritte mit einer bestimmten Probe durchgeführt werden müssen. Darüber hinaus kann die Steuereinheit in eine Datenverwaltungseinheit integriert sein, aus einem Servercomputer bestehen und/oder Teil eines Instruments sein oder sogar über mehrere Instrumente des automatisierten Verarbeitungssystems verteilt sein. Die Steuereinheit kann beispielsweise als speicherprogrammierbare Steuerung ausgeführt werden, die ein computerlesbares Programm mit Anweisungen zur Durchführung von Operationen ausführt. Um solche Anweisungen von einem Benutzer zu erhalten, kann zusätzlich eine Benutzerschnittstelle vorgesehen werden, wobei der Begriff „Benutzerschnittstelle“, wie er hier verwendet wird, jede geeignete Anwendungssoftware und/oder Hardware für die Interaktion zwischen einem Bediener und einer Maschine umfasst, einschließlich, aber nicht beschränkt auf eine grafische Benutzerschnittstelle, die als Eingabe einen Befehl von einem Bediener empfängt und auch Rückmeldungen und Informationen an diesen übermittelt. Ein System/Gerät kann auch mehrere Benutzerschnittstellen aufweisen, um verschiedene Arten von Benutzern/Bedienern zu bedienen.The method steps described above can be controlled by the control unit of the described microfluidic system, which can also control any type of actuation or monitoring of the above-described microfluidic system and its components, where the term “control unit” as used herein means any physical or virtual processing device, such as a CPU or the like, which can also control an entire laboratory instrument or even an entire workstation comprising one or more laboratory instruments so that workflows and work steps are carried out. For example, the control unit may carry various types of application software and instruct the automated processing system or a specific instrument or device thereof to perform pre-analytical, post-analytical and analytical workflows/operations. The control unit can receive information from a data management unit about which steps need to be carried out with a particular sample. In addition, the control unit can be integrated into a data management unit, consist of a server computer and/or be part of an instrument or even be distributed across several instruments of the automated processing system. The control unit can, for example, be implemented as a programmable logic controller that executes a computer-readable program with instructions for carrying out operations. In order to receive such instructions from a user, a user interface may additionally be provided, where the term "user interface" as used herein includes any suitable application software and/or hardware for interaction between an operator and a machine, including but not limited to not limited to a graphical user interface that receives as input a command from an operator and also provides feedback and information to the operator. A system/device may also have multiple user interfaces to serve different types of users/operators.

Wie hier und auch in den beigefügten Ansprüchen verwendet, schließen die Singularformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ den Plural ein, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes vorschreibt. In ähnlicher Weise sind die Wörter „umfassen“, „enthalten“ und „einschließen“ eher inklusiv als exklusiv zu verstehen, d.h. im Sinne von „einschließlich, aber nicht beschränkt auf“. Ebenso soll das Wort „oder“ „und“ einschließen, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Die Begriffe „Vielzahl“, „Mehrzahl“ oder „Pluralität“ beziehen sich auf zwei oder mehr, d.h. 2 oder >2, mit ganzzahligen Vielfachen, während sich die Begriffe „Einzahl“ oder „Singularität“ auf einen, d.h. =1, beziehen. Darüber hinaus ist der Begriff „mindestens eine“ als eine oder mehrere, d.h. 1 oder >1, auch mit ganzzahligen Vielfachen, zu verstehen. Dementsprechend schließen Wörter, die den Singular oder Plural verwenden, auch den Plural bzw. Singular ein. Darüber hinaus beziehen sich die Wörter „hierin“, „oben“, „vorher“ und „unten“ sowie Wörter ähnlicher Bedeutung, wenn sie in dieser Anmeldung verwendet werden, auf diese Anmeldung als Ganzes und nicht auf bestimmte Teile der Anmeldung.As used herein and in the appended claims, the singular forms "a", "an" and "the" include the plural unless the context clearly requires otherwise. Similarly, the words "include", "include" and "include" are to be understood inclusively rather than exclusively, i.e. in the sense of "including but not limited to". Likewise, the word “or” shall include “and” unless the context clearly indicates otherwise. The terms "multiplicity", "plurality" or "plurality" refer to two or more, i.e. 2 or >2, with integer multiples, while the terms "singular" or "singularity" refer to one, i.e. =1. In addition, the term “at least one” is to be understood as one or more, i.e. 1 or >1, including integer multiples. Accordingly, words that use the singular or plural also include the plural or singular. In addition, the words “herein,” “above,” “before,” and “below,” and words of similar meaning, when used in this application, refer to this application as a whole and not to any particular portion of the application.

Die Beschreibung spezifischer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit oder auf eine Beschränkung der Offenbarung auf die angegebene genaue Form. Während die spezifischen Ausführungsformen und Beispiele für die vorliegende Offenbarung hier zur Veranschaulichung beschrieben werden, sind verschiedene äquivalente Abwandlungen innerhalb des Umfangs der Offenbarung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen dargestellt sind, möglich, wie es für einen Fachmann auf dem vorliegenden technischen Gebiet ersichtlich ist. Bestimmte Elemente der vorstehend und später beschriebenen Ausführungsformen können kombiniert oder durch Elemente in anderen Ausführungsformen ersetzt werden. Um Wiederholungen zu vermeiden, sind in den Zeichnungen dieselben Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet, und Teile, die von einem Fachmann leicht umzusetzen sind, können weggelassen sein. Während die mit bestimmten Ausführungsformen der Offenbarung verbundenen Vorteile im Zusammenhang mit diesen Ausführungsformen beschrieben wurden, können auch andere Ausführungsformen solche Vorteile aufweisen, und nicht alle Ausführungsformen müssen notwendigerweise solche Vorteile aufweisen, um in den durch die beigefügten Ansprüche definierten Umfang der Offenbarung zu fallen.The description of specific embodiments of the present invention is not intended to be complete or to limit the disclosure to the precise form stated. While the specific embodiments and examples of the present disclosure are here Illustratively, various equivalent modifications are possible within the scope of the disclosure as set forth in the appended claims, as will be apparent to one skilled in the art. Certain elements of the embodiments described above and later may be combined or replaced with elements in other embodiments. To avoid repetition, the same elements are designated by the same reference numerals in the drawings, and parts that are easily implemented by one skilled in the art may be omitted. While the advantages associated with certain embodiments of the disclosure have been described in connection with these embodiments, other embodiments may also have such advantages, and not all embodiments must necessarily have such advantages to fall within the scope of the disclosure as defined by the appended claims.

Die folgenden Beispiele dienen der Veranschaulichung spezifischer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die im Folgenden beschriebenen spezifischen Ausführungsformen sind nicht als Einschränkung des Anwendungsbereichs der vorliegenden Erfindung zu verstehen. Dem Fachmann ist ersichtlich, dass verschiedene Abwandlungen, Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, abzuweichen, und es ist daher zu verstehen, dass solche äquivalenten Ausführungsformen hierin enthalten sind. Weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der in den Figuren dargestellten Ausführungsformen ersichtlich.The following examples are provided to illustrate specific embodiments of the present invention. The specific embodiments described below should not be construed as limiting the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that various alterations, changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention as defined by the appended claims, and it is therefore to be understood that such equivalent embodiments are included herein. Further aspects and advantages of the present invention will become apparent from the following description of the embodiments shown in the figures.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

  • 1 ist eine konzeptionelle Darstellung eines mikrofluidischen Systems für dPCR einer biologischen Probe gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt; 1 is a cross-sectional conceptual representation of a microfluidic system for dPCR of a biological sample according to a first embodiment of the present invention;
  • 2 ist eine konzeptionelle Darstellung eines mikrofluidischen Systems für dPCR einer biologischen Probe gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt; 2 is a cross-sectional conceptual representation of a microfluidic system for dPCR of a biological sample according to a second embodiment of the present invention;
  • 3A und 3B sind schematische Strukturdarstellungen eines bekannten mikrofluidischen Systems in Draufsicht und Querschnittsansicht; und 3A and 3B are schematic structural representations of a known microfluidic system in plan view and cross-sectional view; and
  • 4A bis 4D zeigen verschiedene Stufen einer dPCR mit schematischen Funktionsdarstellungen des Wachstums und der Erzeugung von Gasblasen in einem bekannten mikrofluidischen System. 4A until 4D show different stages of a dPCR with schematic functional representations of the growth and generation of gas bubbles in a known microfluidic system.

LISTE DER REFERENZNUMMERNLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
mikrofluidisches System (erste Ausführungsform)microfluidic system (first embodiment)
1'1'
mikrofluidisches System (zweite Ausführungsform)microfluidic system (second embodiment)
22
mikrofluidische Vorrichtungmicrofluidic device
2121
untere Platte / untere Schicht der mikrofluidischen Vorrichtungbottom plate/bottom layer of the microfluidic device
2222
obere Platte / obere Schicht der mikrofluidischen Vorrichtungtop plate/top layer of the microfluidic device
2323
Einlass der mikrofluidischen VorrichtungInlet of the microfluidic device
231231
Einlassabdeckung der mikrofluidischen VorrichtungMicrofluidic device inlet cover
2424
Auslass der mikrofluidischen VorrichtungMicrofluidic device outlet
241241
Auslassabdeckung der mikrofluidischen VorrichtungMicrofluidic device outlet cover
2525
Strömungskanal der mikrofluidischen VorrichtungFlow channel of the microfluidic device
2626
Anordnung/Array an Reaktionsbereichen / Vertiefungen / WellsArrangement/array of reaction areas/wells/wells
2727
Probenflüssigkeit (in die Reaktionsbereiche gefüllt)Sample liquid (filled into the reaction areas)
2828
anfängliche Trennflüssigkeitinitial separation fluid
2929
zusätzliche Trennflüssigkeitadditional separating fluid
33
StrömungskreislaufFlow circuit
3131
Pumpepump
3232
BlasenfalleBubble trap
44
sekundäre Trennflüssigkeitsquellesecondary separation fluid source
4141
temperiertes Reservoirtempered reservoir
411411
elektronisch gesteuertes Förderventilelectronically controlled delivery valve
4242
nicht temperiertes Reservoiruntempered reservoir
421421
elektronisch gesteuertes Förderventilelectronically controlled delivery valve
55
DurchlauferhitzerInstantaneous water heater
66
Mikrofluidik-Chip / mikrofluidischer ChipMicrofluidic chip / microfluidic chip
6161
untere Platte / untere Schicht des mikrofluidischen Chipsbottom plate/bottom layer of the microfluidic chip
6262
obere Platte / oberste Schicht des mikrofluidischen Chipstop plate / top layer of the microfluidic chip
6363
Einlass des mikrofluidischen ChipsInlet of the microfluidic chip
6464
Auslass des mikrofluidischen ChipsMicrofluidic chip outlet
6565
Strömungskanal des mikrofluidischen ChipsFlow channel of the microfluidic chip
6666
Array von Mikrovertiefungen / MikrowellsArray of microwells/microwells
77
Mikrofluidik-Chip / mikrofluidischer ChipMicrofluidic chip / microfluidic chip
7171
untere Platte / untere Schicht des mikrofluidischen Chipsbottom plate/bottom layer of the microfluidic chip
7272
obere Platte / oberste Schicht des mikrofluidischen Chipstop plate / top layer of the microfluidic chip
7373
Einlass des mikrofluidischen ChipsInlet of the microfluidic chip
7474
Auslass des mikrofluidischen ChipsMicrofluidic chip outlet
7575
Strömungskanal des mikrofluidischen ChipsFlow channel of the microfluidic chip
7676
Anordnung der Reaktionsbereiche / Vertiefungen / WellsArrangement of the reaction areas / depressions / wells
7777
Probenflüssigkeit (in die Reaktionsbereiche gefüllt)Sample liquid (filled into the reaction areas)
7878
Trennflüssigkeitseparating fluid
88th
PlattenzykliererPlate cycler
8181
untere Heizung des Plattenzyklerslower heater of the plate cycler
8282
obere Heizung des Plattenzyklersplate cycle upper heater
9191
anfängliche Gasblaseinitial gas bubble
9292
neu entstehende Gasblasenewly emerging gas bubble
9393
verschmolzene Gasblasefused gas bubble

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

1 zeigt ein mikrofluidisches System 1 zur dPCR einer biologischen Probe gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Darstellung, wobei die Hauptkomponenten entweder im illustrativen Querschnitt oder als Piktogramm dargestellt sind. Das in 1 dargestellte mikrofluidische System 1 umfasst eine mikrofluidische Vorrichtung 2 in Form eines mikrofluidischen Chips, wobei die Vorrichtung 2 einen ähnlichen Aufbau wie der in 3B dargestellte Chip 7 aus dem Stand der Technik aufweist, wobei die Vorrichtung 2 im Wesentlichen aus einer unteren Platte 21 und einer oberen Platte 22 besteht und einen Einlass 23, einen Auslass 24 und einen Strömungskanal 25 aufweist, welcher den Einlass 23 mit dem Auslass 24 verbindet. Des Weiteren ist im Strömungskanal 25 an seiner Oberseite, d.h. an der Innenseite der oberen Platte 22, eine Anordnung von Reaktionsbereichen 26 in Form von Mikrowells oder Nanowells vorgesehen, um die Reaktionen in den Reaktionsbereichen 26 von oben überwachen zu können. Darüber hinaus ist die mikrofluidische Vorrichtung 2 im gezeigten Zustand bereits mit Probenflüssigkeit 27 gespült worden, die in die Anordnung der Reaktionsbereiche 26 eingefüllt wird, d.h. die in jede einzelne Mikrovertiefung der Anordnung der Reaktionsbereiche 26 eingefüllt werden soll. Ein solches Einfüllen der Probenflüssigkeit 27 in das Array von Reaktionsbereichen 26 kann an einer Füllstation (nicht dargestellt) vorgenommen werden, bevor die mikrofluidische Vorrichtung 2 innerhalb des mikrofluidischen Systems 1 angeordnet wird, wobei die (nicht dargestellte) Füllstation als Teil des mikrofluidischen Systems 1 betrachtet wird, das für die Einführung der Probenflüssigkeit 27 in das Array von Reaktionsbereichen 26 verwendet wird. Auch ist die anfängliche Trennflüssigkeit 28 bereits in die mikrofluidische Vorrichtung 2 eingefüllt worden, die die Probenflüssigkeit 27 innerhalb der Anordnung von Reaktionsbereichen 26 versiegelt, wobei das Einfüllen der anfänglichen Trennflüssigkeit 28 in den Strömungskanal 25, um die Anordnung von Reaktionsbereichen 26 zu versiegeln, auch an der (nicht dargestellten) Füllstation vorgenommen werden kann, bevor die mikrofluidische Vorrichtung 2 innerhalb des mikrofluidischen Systems 1 angeordnet wird. Alternativ kann das Einfüllen der anfänglichen Trennflüssigkeit 28 in den Strömungskanal 25 zum Verschließen des Arrays an Reaktionsbereichen 26 auch mittels des mikrofluidischen Systems 1 selbst erfolgen, und zwar mittels der zusätzlichen Trennflüssigkeit 29, wobei der Teil der zusätzlichen Trennflüssigkeit 29, der die Probenflüssigkeit 29 innerhalb des Arrays an Reaktionsbereichen 26 tatsächlich verschließt, als „anfängliche“ Trennflüssigkeit 28 zu verstehen ist. Da hier die Füllstation an die mikrofluidische Vorrichtung 2 anschließbar ist, um die mikrofluidische Vorrichtung 2 mit Probenflüssigkeit 27 zu versorgen, kann die (nicht dargestellte) Füllstation als Probenflüssigkeitsquelle sowie als primäre Trennflüssigkeitsquelle betrachtet werden, als anschließbarer kombinierter Funktionsteil des mikrofluidischen Systems 1. 1 shows a microfluidic system 1 for dPCR of a biological sample according to a first embodiment of the present invention in a schematic representation, the main components being shown either in an illustrative cross section or as a pictogram. This in 1 The microfluidic system 1 shown includes a microfluidic device 2 in the form of a microfluidic chip, the device 2 having a similar structure to that in 3B chip 7 shown from the prior art, wherein the device 2 essentially consists of a lower plate 21 and an upper plate 22 and has an inlet 23, an outlet 24 and a flow channel 25 which connects the inlet 23 to the outlet 24 . Furthermore, an arrangement of reaction areas 26 in the form of microwells or nanowells is provided in the flow channel 25 on its upper side, ie on the inside of the upper plate 22, in order to be able to monitor the reactions in the reaction areas 26 from above. In addition, the microfluidic device 2 in the state shown has already been rinsed with sample liquid 27, which is filled into the arrangement of the reaction areas 26, ie which is to be filled into each individual microwell of the arrangement of the reaction areas 26. Such filling of the sample liquid 27 into the array of reaction regions 26 can be carried out at a filling station (not shown) before the microfluidic device 2 is arranged within the microfluidic system 1, the filling station (not shown) being considered as part of the microfluidic system 1 which is used for introducing the sample liquid 27 into the array of reaction areas 26. Also, the initial separation liquid 28 has already been filled into the microfluidic device 2, which seals the sample liquid 27 within the arrangement of reaction regions 26, the filling of the initial separation liquid 28 into the flow channel 25 in order to seal the arrangement of reaction regions 26 also on the filling station (not shown) can be made before the microfluidic device 2 is arranged within the microfluidic system 1. Alternatively, the initial separation liquid 28 can be filled into the flow channel 25 to close the array of reaction regions 26 by means of the microfluidic system 1 itself, namely by means of the additional separation liquid 29, the part of the additional separation liquid 29 which contains the sample liquid 29 within the Arrays of reaction areas 26 actually closes, is to be understood as “initial” separating liquid 28. Since here the filling station can be connected to the microfluidic device 2 in order to supply the microfluidic device 2 with sample liquid 27, the filling station (not shown) can be viewed as a sample liquid source and as a primary separation liquid source, as a connectable combined functional part of the microfluidic system 1.

Das mikrofluidische System 1 umfasst ferner einen Strömungskreislauf 3, der mit der mikrofluidischen Vorrichtung 2 verbunden ist, wobei der Strömungskreislauf 3 dazu dient, zusätzliche Trennflüssigkeit 29 durch den Strömungskanal 25 der mikrofluidischen Vorrichtung 2 zu leiten, und zwar hauptsächlich dazu, die zusätzliche Trennflüssigkeit 29 durch den Strömungskanal 25 der mikrofluidischen Vorrichtung 2 zu leiten. Der Fluss der zusätzlichen Trennflüssigkeit 29 ist hier durch einen gegen den Uhrzeigersinn drehenden Pfeilkreis dargestellt. Die zusätzliche Trennflüssigkeit 29 stammt im Wesentlichen aus einer sekundären Trennflüssigkeitsquelle 4, die aus einem temperierten Reservoir 41 mit erwärmter zusätzlicher Trennflüssigkeit 29 und einem nicht temperierten Reservoir 42 mit nicht erwärmter oder gekühlter zusätzlicher Trennflüssigkeit 29 besteht, wobei die Reservoirs 41, 42 jeweils über ein elektronisch gesteuertes Abgabeventil 411, 421 mit dem Strömungskreislauf 3 verbunden sind. So kann durch Steuerung des Förderventils 411 erwärmte zusätzliche Trennflüssigkeit 29 in den Strömungskreislauf 3 und durch Steuerung des Förderventils 421 nicht erwärmte zusätzliche Trennflüssigkeit 29 in den Strömungskreislauf 3 eingeleitet werden, was zu einem gewünschten Temperaturprofil der zusätzlichen Trennflüssigkeit 29 im Strömungskreislauf 3 führt. Alternativ können sich das temperierte Reservoir 41 und das nicht temperierte Reservoir 42 ein gemeinsames Mischventil teilen, das dann im Sinne eines Mischhahns mit dem Strömungskreislauf 3 verbunden ist, so dass bereits vorgemischte und damit entsprechend temperierte zusätzliche Trennflüssigkeit 29 in den Strömungskreislauf 3 eingeleitet und der mikrofluidischen Vorrichtung 2 zugeführt wird.The microfluidic system 1 further comprises a flow circuit 3, which is connected to the microfluidic device 2, the flow circuit 3 serving to guide additional separating liquid 29 through the flow channel 25 of the microfluidic device 2, primarily to pass the additional separating liquid 29 to guide the flow channel 25 of the microfluidic device 2. The flow of the additional separating liquid 29 is shown here by an arrow circle rotating counterclockwise. The additional separating liquid 29 essentially comes from a secondary separating liquid source 4, which consists of a temperature-controlled reservoir 41 with heated additional separating liquid 29 and a non-tempered reservoir 42 with non-heated or cooled additional separating liquid 29, the reservoirs 41, 42 each having an electronic controlled dispensing valve 411, 421 are connected to the flow circuit 3. Thus, heated additional separating liquid 29 can be introduced into the flow circuit 3 by controlling the delivery valve 411 and unheated additional separating liquid 29 can be introduced into the flow circuit 3 by controlling the delivery valve 421, which leads to a desired temperature profile of the additional separating liquid 29 in the flow circuit 3. Alternatively, the tempered reservoir 41 and the untempered reservoir 42 can share a common mixing valve, which is then connected to the flow circuit 3 in the sense of a mixing tap, so that already pre-mixed and therefore correspondingly tempered additional separating liquid 29 is introduced into the flow circuit 3 and the microfluidic Device 2 is supplied.

Um nun die zusätzliche Trennflüssigkeit 29 dem Strömungskanal 25 zuzuführen, ist eine Peristaltikpumpe 31, die als Pumpeinrichtung des mikrofluidischen Systems 1 fungiert, als Teil des Strömungskreislaufs 3 vorgesehen, um die zusätzliche Trennflüssigkeit 29 durch ihren Einlass 23 durch den Strömungskanal 25 und aus dem Auslass 24 zur mikrofluidischen Vorrichtung 2 zu pumpen, Dadurch wird nicht nur die Anordnung der Reaktionsbereiche 26 mit Wärme oder Kälte versorgt, um die Proben innerhalb der Anordnung der Reaktionsbereiche 26 zu thermozyklieren, sondern es wird auch erreicht, dass Gasblasen, falls diese innerhalb des Strömungskanals 25 auftreten, aus dem Strömungskanal 25 und dem Auslass 24, d.h. aus der mikrofluidischen Vorrichtung 2 herausgespült werden. Dabei kann die Pumpe 31 die zusätzliche Trennflüssigkeit 29 ständig durch den Strömungskanal 25 pumpen, oder sie kann die zusätzliche Trennflüssigkeit 29 intermittierend durch den Strömungskanal 25 pumpen, zum Beispiel nur dann, wenn die Probenflüssigkeit 27 innerhalb der Anordnung von Reaktionsbereichen 26 temperiert werden muss. Durch die Möglichkeit, bei Bedarf zusätzliche Trennflüssigkeit 29 durch den Strömungskanal 25 zu pumpen, können also bereits vorhandene Gasblasen innerhalb des Strömungskanals 25 oder jegliche Art von Gasblasen, die beim Thermocycling der Probenflüssigkeit 27 entstehen, durch Spülen des Strömungskanals 25 mit zusätzlicher Trennflüssigkeit 29 aus der mikrofluidischen Vorrichtung 2 entfernt werden. Um etwaige Gasblasen endgültig aus dem gesamten Strömungssystem entfernen zu können, umfasst das mikrofluidische System 1 ferner eine stromabwärts des Auslasses 24 der mikrofluidischen Vorrichtung 2 und in der vorliegenden Ausführungsform vor der Pumpe 31 angeordnete Blasenfalle 32, mit der etwaige Gasblasen aus der geströmten zusätzlichen Trennflüssigkeit 29 abgeschieden werden. Auf diese Weise können eventuelle Gasblasen sofort aus dem mikrofluidischen System 1 entfernt werden. Somit kann ein negativer Einfluss von Gasblasen auf die Testergebnisse zumindest reduziert oder ganz vermieden werden.In order to supply the additional separating liquid 29 to the flow channel 25, a peristaltic pump 31, which functions as a pumping device of the microfluidic system 1, is provided as part of the flow circuit 3 in order to supply the additional separating liquid 29 through its inlet 23 through the flow channel 25 and out of the outlet 24 to the microfluidic device 2. This not only supplies the arrangement of the reaction areas 26 with heat or cold in order to thermocycle the samples within the arrangement of the reaction areas 26, but it is also achieved that gas bubbles occur within the flow channel 25 , from the flow channel 25 and the outlet 24, i.e. from the microfluidic device 2 are flushed out. The pump 31 can constantly pump the additional separating liquid 29 through the flow channel 25, or it can pump the additional separating liquid 29 intermittently through the flow channel 25, for example only when the sample liquid 27 needs to be tempered within the arrangement of reaction areas 26. Due to the possibility of pumping additional separating liquid 29 through the flow channel 25 if necessary, existing gas bubbles within the flow channel 25 or any type of gas bubbles that arise during thermocycling of the sample liquid 27 can be removed by flushing the flow channel 25 with additional separating liquid 29 microfluidic device 2 can be removed. In order to be able to finally remove any gas bubbles from the entire flow system, the microfluidic system 1 further comprises a bubble trap 32 arranged downstream of the outlet 24 of the microfluidic device 2 and in the present embodiment in front of the pump 31, with which any gas bubbles are removed from the additional separating liquid 29 that flows be separated. In this way, any gas bubbles can be immediately removed from the microfluidic system 1. This means that a negative influence of gas bubbles on the test results can at least be reduced or avoided entirely.

In 2 ist eine zweite Ausführungsform einer mikrofluidischen Vorrichtung 1' der vorliegenden Erfindung dargestellt, die im Wesentlichen aus einer ähnlichen Struktur besteht, wie sie in Bezug auf die erste Ausführungsform in 1 beschrieben ist. Hier bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente, und die jeweilige diesbezügliche Beschreibung wird weggelassen, um Wiederholungen zu vermeiden. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform umfasst die mikrofluidische Vorrichtung 1' jedoch nur das nicht temperierte Reservoir 42, das eine nicht beheizte zusätzliche Trennflüssigkeit 29 enthält, wobei stromabwärts des Reservoirs 42 ein Durchflusserhitzer 5 vorgesehen ist, um das nicht temperierte Reservoir 42 gemäß einem gewünschten Thermocycling-Temperaturprofil zu temperieren, das auf die Proben innerhalb der Anordnung von Reaktionsbereichen 26 anzuwenden ist. Auch hier ist das Reservoir 42 über ein entsprechendes elektronisch gesteuertes Förderventil 421 mit dem Strömungskreislauf 3 verbunden, wobei durch die Steuerung des Förderventils 421 eine entsprechend temperierte zusätzliche Trennflüssigkeit 29 in den Strömungskreislauf 3 eingeleitet und von der Pumpe 31 in die mikrofluidische Vorrichtung 2 gepumpt werden kann, um nicht nur das gewünschte Thermocycling-Temperaturprofil auf die Proben innerhalb des Arrays von Reaktionsbereichen 26 aufzubringen, sondern vor allem auch, um eventuell im Strömungskanal 25 auftretende Gasblasen auszuspülen.In 2 1 shows a second embodiment of a microfluidic device 1' of the present invention, which essentially consists of a similar structure to that in relation to the first embodiment in FIG 1 is described. Here, like reference numerals denote like elements, and the respective descriptions thereof are omitted to avoid repetition. In contrast to the first embodiment, however, the microfluidic device 1 'comprises only the untempered reservoir 42, which contains an unheated additional separation liquid 29, with a flow heater 5 being provided downstream of the reservoir 42 in order to heat the untempered reservoir 42 according to a desired thermocycling process. Temperature profile to be applied to the samples within the arrangement of reaction areas 26. Here too, the reservoir 42 is connected to the flow circuit 3 via a corresponding electronically controlled delivery valve 421, whereby an appropriately tempered additional separating liquid 29 can be introduced into the flow circuit 3 by controlling the delivery valve 421 and pumped into the microfluidic device 2 by the pump 31 not only to apply the desired thermocycling temperature profile to the samples within the array of reaction areas 26, but above all also to flush out any gas bubbles that may appear in the flow channel 25.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Struktur der zuvor beschriebenen Ausführungsform, wie sie in 2 gezeigt ist, jedoch ohne den Durchflusserhitzer 5, auf einen Plattenzyklierer 8 angewendet werden, wie er bekannt ist und in Verbindung mit einer der 4A bis 4D beschrieben, wobei der Plattenzyklierer 8 die darin vorgesehene mikrofluidische Vorrichtung 2 aufweist. Auf diese Weise kann der Plattenzyklierer 8 der Probenflüssigkeit 27 in der Anordnung der Reaktionsbereiche 26 ein gewünschtes Thermocycling-Temperaturprofil verleihen, und das Pumpen der nicht beheizten zusätzlichen Trennflüssigkeit 29 wird nur zur Entfernung von Gasblasen im Strömungskanal 25, falls vorhanden, verwendet. Darüber hinaus kann gemäß einer anderen alternativen Ausführungsform der Aufbau der in 2 gezeigten Ausführungsform ohne einen Durchflusserhitzer 5 oder ohne einen Plattenzyklierer 8 angewendet werden, wobei jedoch die zusätzliche Trennflüssigkeit 29 elektrisch leitendes Graphenmaterial umfasst, um die zusätzliche Trennflüssigkeit 29 durch die Anwendung von Elektrizität auf die zusätzliche Trennflüssigkeit 29 bei Bedarf zu erhitzen, wodurch eine Erhitzung der zusätzlichen Trennflüssigkeit 29 erreicht wird, um in der Lage zu sein, ein gewünschtes thermozyklisches Temperaturprofil auf das Probenmaterial innerhalb der Anordnung von Reaktionsbereichen 26 anzuwenden, ohne dass irgendeine Art von externem Heizer oder beheiztem Reservoir erforderlich ist.According to an alternative embodiment, the structure of the previously described embodiment as shown in 2 shown, but without the flow heater 5, can be applied to a plate cycler 8, as is known and in connection with one of the 4A until 4D described, wherein the plate cycler 8 has the microfluidic device 2 provided therein. In this way, the plate cycler 8 can impart a desired thermocycling temperature profile to the sample liquid 27 in the arrangement of the reaction regions 26, and the pumping of the unheated additional separation liquid 29 is only used to remove gas bubbles in the flow channel 25, if present. Furthermore, according to another alternative embodiment, the structure of the in 2 shown embodiment without a flow heater 5 or without a plate cycler 8 can be used, however, the additional separation liquid 29 comprises electrically conductive graphene material to heat the additional separation liquid 29 by the application of electricity to the additional separation liquid 29 when necessary, thereby heating the additional Separating fluid 29 is achieved in order to able to apply a desired thermocycling temperature profile to the sample material within the array of reaction regions 26 without requiring any type of external heater or heated reservoir.

Obwohl die vorliegende Erfindung in Bezug auf ihre spezifischen Ausführungsformen beschrieben wurde, dient diese Beschreibung nur der Veranschaulichung. Dementsprechend wird die Erfindung nur durch den Umfang der beigefügten Ansprüche begrenzt.Although the present invention has been described with respect to its specific embodiments, this description is for illustrative purposes only. Accordingly, the invention is limited only by the scope of the appended claims.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 2830769 A1 [0009]EP 2830769 A1 [0009]
  • US 20050009101 A1 [0010]US 20050009101 A1 [0010]
  • US 20050148066 A1 [0011]US 20050148066 A1 [0011]

Claims (65)

Mikrofluidisches System (1; 1') für die digitale Polymerase-Kettenreaktion dPCR einer biologischen Probe, wobei das mikrofluidische System (1; 1') umfasst: mindestens eine mikrofluidische Vorrichtung (2) mit einem Einlass (23), einem Auslass (24), einem Strömungskanal (25), der zwischen dem Einlass (23) und dem Auslass (24) angeordnet ist und den Einlass (23) mit dem Auslass (24) verbindet, und einer Anordnung von Reaktionsbereichen (26), die mit dem Strömungskanal (25) in Fluidverbindung stehen; einen Strömungskreislauf (3), der mit der mikrofluidischen Vorrichtung (2) verbindbar ist, um Flüssigkeit durch den Strömungskanal (25) der mikrofluidischen Vorrichtung (2) fließen zu lassen; eine Probenflüssigkeitsquelle, die mit der mikrofluidische Vorrichtung (2) verbindbar ist, um den Strömungskanal (25) und damit die Anordnung von Reaktionsbereichen (26) der mikrofluidischen Vorrichtung (2) über den Einlass (23) mit einer Probenflüssigkeit (27) zu versorgen; eine primäre Trennflüssigkeitsquelle, die mit der mikrofluidischen Vorrichtung (2) verbindbar ist, um den Strömungskanal der mikrofluidischen Vorrichtung (2) über den Einlass (23) mit anfänglicher Trennflüssigkeit (28) zum Versiegeln der Probenflüssigkeit (27) innerhalb der Anordnung von Reaktionsbereichen (26) zu versorgen; eine sekundäre Trennflüssigkeitsquelle (4), die mit der mikrofluidische Vorrichtung (2) verbindbar ist, um den Strömungskanal (25) der mikrofluidischen Vorrichtung (2) über den Einlass (23) mit zusätzlicher Trennflüssigkeit (29) zu versorgen, eine Pumpeinrichtung (31), die mit dem Strömungskreislauf (3) verbunden und geeignet ist, die zusätzliche Trennflüssigkeit (29) durch den Strömungskanal (25) zu pumpen, und eine Steuereinrichtung in Form einer speicherprogrammierbaren Steuereinheit zum Ausführen eines computerlesbaren Programms mit Anweisungen zur Durchführung von Operationen, die eingerichtet ist, um die Pumpeinrichtung (31) zu steuern, um die zusätzliche Trennflüssigkeit (29) bei Bedarf durch den Strömungskanal (25) zu pumpen, um Gasblasen aus dem Strömungskanal (25) zu spülen. Microfluidic system (1; 1') for the digital polymerase chain reaction dPCR of a biological sample, the microfluidic system (1; 1') comprising: at least one microfluidic device (2) with an inlet (23), an outlet (24), a flow channel (25) which is arranged between the inlet (23) and the outlet (24) and the inlet (23) with the outlet (24) connects, and an arrangement of reaction areas (26) which are in fluid communication with the flow channel (25); a flow circuit (3) connectable to the microfluidic device (2) to allow liquid to flow through the flow channel (25) of the microfluidic device (2); a sample liquid source which can be connected to the microfluidic device (2) in order to supply the flow channel (25) and thus the arrangement of reaction regions (26) of the microfluidic device (2) with a sample liquid (27) via the inlet (23); a primary separation liquid source connectable to the microfluidic device (2) to supply the flow channel of the microfluidic device (2) via the inlet (23) with initial separation liquid (28) for sealing the sample liquid (27) within the array of reaction regions (26 ) to supply; a secondary separation liquid source (4) which can be connected to the microfluidic device (2) in order to supply the flow channel (25) of the microfluidic device (2) with additional separation liquid (29) via the inlet (23), a pump device (31) which is connected to the flow circuit (3) and is suitable for pumping the additional separating liquid (29) through the flow channel (25), and a control device in the form of a programmable logic controller for executing a computer-readable program with instructions for carrying out operations, which is set up to control the pumping device (31) in order to pump the additional separating liquid (29) through the flow channel (25) if necessary, to flush gas bubbles from the flow channel (25). Mikrofluidisches System (1; 1') nach Schutzanspruch 1, wobei die Probenflüssigkeit (27) eine wässrige Lösung ist, die die biologische Probe und die für den dPCR-Assay erforderlichen Reagenzien umfasst, und wobei jede Trennflüssigkeit (28, 29) eine mit der Probenflüssigkeit (27) nicht mischbare Flüssigkeit ist.Microfluidic system (1; 1') according to Protection claim 1 , wherein the sample liquid (27) is an aqueous solution comprising the biological sample and the reagents required for the dPCR assay, and wherein each separation liquid (28, 29) is a liquid that is immiscible with the sample liquid (27). Mikrofluidisches System (1; 1') nach Schutzanspruch 2, wobei jede Trennflüssigkeit (28, 29) entweder Öl oder eine Polymerflüssigkeit, wie eine Silikonflüssigkeit, oder ein Gemisch davon ist.Microfluidic system (1; 1') according to Protection claim 2 , wherein each separation liquid (28, 29) is either oil or a polymer liquid, such as a silicone liquid, or a mixture thereof. Mikrofluidisches System (1; 1') nach Schutzanspruch 3, wobei die anfängliche Trennflüssigkeit (28) und die zusätzliche Trennflüssigkeit (29) aus demselben Trennflüssigkeitsmaterial bestehen.Microfluidic system (1; 1') according to Protection claim 3 , wherein the initial separation liquid (28) and the additional separation liquid (29) consist of the same separation liquid material. Mikrofluidisches System (1; 1') nach einem der vorhergehenden Schutzansprüche, wobei die primäre Trennflüssigkeitsquelle und die sekundäre Trennflüssigkeitsquelle (4) durch unterschiedliche Trennflüssigkeitsreservoire oder durch ein gemeinsames Trennflüssigkeitsreservoir realisiert sind.Microfluidic system (1; 1') according to one of the preceding claims, wherein the primary separation liquid source and the secondary separation liquid source (4) are realized by different separation liquid reservoirs or by a common separation liquid reservoir. Mikrofluidisches System (1; 1') nach Schutzanspruch 5, wobei die initiale Trennflüssigkeit (28) eine untemperierte Trennflüssigkeit ist.Microfluidic system (1; 1') according to Protection claim 5 , whereby the initial separating liquid (28) is an untempered separating liquid. Mikrofluidisches System (1; 1') nach Schutzanspruch 1, wobei die Pumpeinrichtung (31) so gesteuert wird, dass sie eine vorbestimmte Menge der zusätzlichen Trennflüssigkeit (29) durch den Strömungskanal (25) pumpt.Microfluidic system (1; 1') according to Protection claim 1 , wherein the pump device (31) is controlled so that it pumps a predetermined amount of the additional separation liquid (29) through the flow channel (25). Mikrofluidisches System (1; 1') nach Schutzanspruch 7, wobei die Pumpeinrichtung (31) so gesteuert wird, dass sie die zusätzliche Trennflüssigkeit (29) konstant, intermittierend oder bei Detektion von Gasblasen im Strömungskanal (25) durch den Strömungskanal (25) pumpt.Microfluidic system (1; 1') according to Protection claim 7 , wherein the pump device (31) is controlled in such a way that it pumps the additional separating liquid (29) through the flow channel (25) constantly, intermittently or when gas bubbles are detected in the flow channel (25). Mikrofluidisches System (1; 1') nach einem der vorhergehenden Schutzansprüche, wobei das mikrofluidische System (1; 1') ferner eine mit dem Strömungskreislauf (3) verbundene Blasenfalle (32) zur Abtrennung von Gas aus der Trennflüssigkeit (28, 29) aufweist, wobei die Blasenfalle (32) stromabwärts des Auslasses (24) der mikrofluidischen Vorrichtung (2) angeordnet ist.Microfluidic system (1; 1') according to one of the preceding claims, wherein the microfluidic system (1; 1') further has a bubble trap (32) connected to the flow circuit (3) for separating gas from the separating liquid (28, 29). , wherein the bubble trap (32) is arranged downstream of the outlet (24) of the microfluidic device (2). Mikrofluidisches System (1; 1') nach einem der vorhergehenden Schutzansprüche, wobei das mikrofluidische System (1; 1') zum Untersuchen der biologischen Probe verwendet wird, die in Form der Probenflüssigkeit (27) zu jedem Element des Arrays von Reaktionsbereichen (26) bereitgestellt wird.Microfluidic system (1; 1') according to one of the preceding claims, wherein the microfluidic system (1; 1') is used to examine the biological sample which is supplied in the form of the sample liquid (27) to each element of the array of reaction areas (26). provided. Mikrofluidisches System (1; 1') nach einem der vorhergehenden Schutzansprüche, wobei der Einlass (23) und/oder der Auslass (24) in Form eines Verbindungsports zur Verbindung der mikrofluidischen Vorrichtung (2) mit der Probenflüssigkeitsquelle, zur Verbindung der mikrofluidischen Vorrichtung (2) mit der primären Trennflüssigkeitsquelle und/oder zur Verbindung der mikrofluidischen Vorrichtung (2) mit der sekundären Trennflüssigkeitsquelle (4) ausgeführt sind.Microfluidic system (1; 1') according to one of the preceding claims, wherein the inlet (23) and/or the outlet (24) are in the form of a connection port for connecting the microfluidic device (2) to the sample liquid source, for connecting the microfluidic device ( 2) are designed with the primary separation liquid source and/or for connecting the microfluidic device (2) to the secondary separation liquid source (4). Mikrofluidisches System (1; 1') nach einem der vorhergehenden Schutzansprüche, wobei die mikrofluidische Vorrichtung (2) mit mindestens einer unteren Schicht (21) und einer oberen Schicht (22) aufgebaut ist, wobei entweder die untere Schicht (21) oder die obere Schicht (22) das Array von Reaktionsbereichen (26), den Einlass (23) und den Auslass (24) bereitstellt, und wobei der Strömungskanal (25) zwischen der unteren Schicht (21) und der oberen Schicht (22) eingerichtet ist und in Fluidverbindung mit dem Array von Reaktionsbereichen (26) steht.Microfluidic system (1; 1') according to one of the preceding claims, wherein the microfluidic device (2) is constructed with at least one lower layer (21) and an upper layer (22), either the lower layer (21) or the upper Layer (22) provides the array of reaction areas (26), the inlet (23) and the outlet (24), and wherein the flow channel (25) is set up between the lower layer (21) and the upper layer (22) and in There is fluid connection to the array of reaction areas (26). Mikrofluidisches System (1; 1') nach Schutzanspruch 12, wobei jeder Reaktionsbereich eine Mikrovertiefung oder eine Nanovertiefung ist.Microfluidic system (1; 1') according to Protection claim 12 , where each reaction region is a microwell or a nanowell. Mikrofluidisches System (1; 1') nach Schutzanspruch 13, wobei die mikrofluidische Vorrichtung (2) ein mikrofluidischer Chip istMicrofluidic system (1; 1') according to Protection claim 13 , wherein the microfluidic device (2) is a microfluidic chip Mikrofluidisches System (1; 1') nach einem der vorhergehenden Schutzansprüche, wobei die Probenflüssigkeit (27) eine wässrige Lösung ist, welche die biologische Probe und Reagenzien zum dPCR Assay aufweist.Microfluidic system (1; 1') according to one of the preceding claims, wherein the sample liquid (27) is an aqueous solution which contains the biological sample and reagents for the dPCR assay. Mikrofluidisches System (1; 1') nach Schutzanspruch 15, wobei zunächst die Probenflüssigkeit (27) durch den Strömungskanal (25) in die Anordnung von Reaktionsbereichen (26) geströmt wird, und wobei die anfängliche Trennflüssigkeit (28) in den Strömungskanal (25) der mikrofluidischen Vorrichtung (2) geströmt wird, nachdem die Probenflüssigkeit (27) der Anordnung von Reaktionsbereichen (26) zugeführt wurde.Microfluidic system (1; 1') according to Protection claim 15 , wherein first the sample liquid (27) is flowed through the flow channel (25) into the arrangement of reaction areas (26), and wherein the initial separation liquid (28) is flowed into the flow channel (25) of the microfluidic device (2) after the Sample liquid (27) was supplied to the arrangement of reaction areas (26). Mikrofluidisches System (1; 1') nach einem der vorhergehenden Schutzansprüche, wobei das mikrofluidische System (1; 1') ferner ein Detektionsmittel zum Erfassen des Vorhandenseins oder der Erzeugung von Gasblasen in der mikrofluidischen Vorrichtung (2) umfasst.Microfluidic system (1; 1') according to one of the preceding claims, wherein the microfluidic system (1; 1') further comprises a detection means for detecting the presence or generation of gas bubbles in the microfluidic device (2). Mikrofluidisches System (1; 1') nach Schutzanspruch 17, wobei das Detektionsmittel eine optische Abbildungsvorrichtung ist.Microfluidic system (1; 1') according to Protection claim 17 , wherein the detection means is an optical imaging device. Mikrofluidisches System (1; 1') nach Schutzanspruch 18, wobei das Detektionsmittel eine optische Kamera ist.Microfluidic system (1; 1') according to Protection claim 18 , where the detection means is an optical camera. Mikrofluidisches System (1; 1') nach einem der vorhergehenden Schutzansprüche, wobei das mikrofluidische System (1; 1') weiterhin eine thermische Halterung umfasst, die die mikrofluidische Vorrichtung (2) aufnimmt, um dem Array von Reaktionsbereichen (26) ein Thermocycling-Temperaturprofil zu verleihen.Microfluidic system (1; 1') according to one of the preceding protection claims, wherein the microfluidic system (1; 1') further comprises a thermal holder which accommodates the microfluidic device (2) in order to provide the array of reaction regions (26) with thermocycling. To give temperature profile. Mikrofluidisches System (1; 1') nach einem der Schutzansprüche 1 bis 19, wobei eine Bereitstellung eines Thermocycling-Temperaturprofils für die Anordnung von Reaktionsbereichen (26) mittels einer Heiz- und/oder Kühleinrichtung zum Erwärmen und/oder Kühlen der Temperatur der Trennflüssigkeit auf eine gewünschte Thermocycling-Temperaturprofiltemperatur implementiert ist.Microfluidic system (1; 1') according to one of Protection claims 1 until 19 , wherein provision of a thermocycling temperature profile for the arrangement of reaction areas (26) is implemented by means of a heating and/or cooling device for heating and/or cooling the temperature of the separating liquid to a desired thermocycling temperature profile temperature. Mikrofluidisches System (1; 1') nach Schutzanspruch 21, wobei die sekundäre Trennflüssigkeitsquelle (4) einen Vorratsbehälter (42) mit nicht beheizter zusätzlicher Trennflüssigkeit (29) umfasst, wobei stromabwärts des Vorratsbehälters (42) eine Strömungsheizeinrichtung (5) vorgesehen ist, um die zusätzliche Trennflüssigkeit (29) bei Bedarf zu erwärmen.Microfluidic system (1; 1') according to Protection claim 21 , wherein the secondary separation liquid source (4) comprises a storage container (42) with unheated additional separation liquid (29), a flow heating device (5) being provided downstream of the storage container (42) in order to heat the additional separation liquid (29) if necessary. Mikrofluidisches System (1; 1') nach Schutzanspruch 21 oder 22, wobei die sekundäre Trennflüssigkeitsquelle (4) mindestens ein Reservoir (41) mit erwärmter zusätzlicher Trennflüssigkeit (29) und mindestens ein Reservoir (42) mit nicht erwärmter oder gekühlter zusätzlicher Trennflüssigkeit (29) umfasst, wobei die Reservoire (41, 42) durch einen Ventilmechanismus (411, 421), wie z.B. ein jeweiliges elektronisch gesteuertes Abgabeventil (411, 421) oder ein gemeinsames Mischventil, trennbar mit dem Strömungskreislauf (3) verbunden sind.Microfluidic system (1; 1') according to Protection claim 21 or 22 , wherein the secondary separation liquid source (4) comprises at least one reservoir (41) with heated additional separation liquid (29) and at least one reservoir (42) with non-heated or cooled additional separation liquid (29), the reservoirs (41, 42) being separated by a Valve mechanism (411, 421), such as a respective electronically controlled dispensing valve (411, 421) or a common mixing valve, are separably connected to the flow circuit (3). Mikrofluidisches System (1; 1') nach einem der Schutzansprüche 21 bis 23, wobei die zusätzliche Trennflüssigkeit (29) elektrisch leitfähiges Material, wie z. B. Graphenmaterial, umfasst, um die zusätzliche Trennflüssigkeit (29) durch das Anlegen von Elektrizität an die zusätzliche Trennflüssigkeit bei Bedarf zu erwärmen.Microfluidic system (1; 1') according to one of Protection claims 21 until 23 , the additional separating liquid (29) being electrically conductive material, such as. B. graphene material, to heat the additional separation liquid (29) by applying electricity to the additional separation liquid if necessary. Mikrofluidisches System (1; 1') nach einem der vorhergehenden Schutzansprüche, wobei das mikrofluidische System (1; 1') weiterhin eine Druckkammer umfasst, die zumindest die mikrofluidische Vorrichtung (2) umgibt.Microfluidic system (1; 1') according to one of the preceding claims, wherein the microfluidic system (1; 1') further comprises a pressure chamber which surrounds at least the microfluidic device (2). Verwendung eines mikrofluidischen Systems (1; 1') nach einem der vorhergehenden Schutzansprüche zum Ausspülen von Gasblasen aus dem Strömungskanal (25) mittels zusätzlicher Trennflüssigkeit (29) nachdem die Probenflüssigkeit (27) innerhalb der Anordnung von Reaktionsbereichen (26) durch anfängliche Trennflüssigkeit (28) vollständig versiegelt wurde.Use of a microfluidic system (1; 1') according to one of the preceding claims for flushing out gas bubbles from the flow channel (25) by means of additional separating liquid (29) after the sample liquid (27) within the arrangement of reaction areas (26) by initial separating liquid (28 ) has been completely sealed. Verwendung eines mikrofluidischen Systems (1; 1') nach Schutzanspruch 26, wobei Probenflüssigkeit (27) durch den Strömungskanal (25) der mikrofluidischen Vorrichtung (2) geströmt wird, die in Form eines mikrofluidischen Chips vorgesehen sein kann, und die Anordnung von Reaktionsbereichen (26) sukzessive durch Schieben der Probenflüssigkeit (27) durch den Strömungskanal (25) mit der Probenflüssigkeit (27) gefüllt wird; anfängliche Versiegelungsflüssigkeit (28) durch den Strömungskanal (25) der mikrofluidischen Vorrichtung (2) geströmt wird, zum Versiegeln jedes Reaktionsbereichs der Anordnung von Reaktionsbereichen (26), nachdem derselbe mit der Probenflüssigkeit (27) gefüllt wurde, und zum Herausdrücken der restlichen Probenflüssigkeit (27) aus der mikrofluidischen Vorrichtung (2); ein Thermocycling-Temperaturprofil auf das Array von Reaktionsbereichen (26) angewandt wird, und zusätzliche Trennflüssigkeit (29) durch den Strömungskanal (25) der mikrofluidischen Vorrichtung (2) gepumpt wird, um Gasblasen aus dem Strömungskanal (25) zu spülen.Use of a microfluidic system (1; 1'). Protection claim 26 , wherein sample liquid (27) is flowed through the flow channel (25) of the microfluidic device (2), which can be provided in the form of a microfluidic chip, and the arrangement of reaction areas (26) successively by pushing the Sample liquid (27) is filled with the sample liquid (27) through the flow channel (25); initial sealing liquid (28) is flowed through the flow channel (25) of the microfluidic device (2), for sealing each reaction region of the arrangement of reaction regions (26) after it has been filled with the sample liquid (27), and for squeezing out the remaining sample liquid ( 27) from the microfluidic device (2); a thermocycling temperature profile is applied to the array of reaction regions (26), and additional separation liquid (29) is pumped through the flow channel (25) of the microfluidic device (2) in order to flush gas bubbles from the flow channel (25). Verwendung eines mikrofluidischen Systems (1; 1') nach Schutzanspruch 26 oder 27, wobei die zusätzliche Trennflüssigkeit (29) nach dem Versiegeln der Probenflüssigkeit (27) innerhalb der Anordnung von Reaktionsbereichen (26) durch anfängliche Trennflüssigkeit (28) durch den Strömungskanal (25) gepumpt wird, wobei das Pumpen ein Pumpen einer vorbestimmten Menge an zusätzlicher Trennflüssigkeit (29) durch den Strömungskanal (25) auf Anforderung umfasst.Use of a microfluidic system (1; 1'). Protection claim 26 or 27 , wherein the additional separation liquid (29) is pumped through the flow channel (25) after sealing the sample liquid (27) within the arrangement of reaction regions (26) by initial separation liquid (28), the pumping being pumping a predetermined amount of additional separation liquid (29) through the flow channel (25) on request. Verwendung eines mikrofluidischen Systems (1; 1') nach Schutzanspruch 28, wobei das Pumpen von zusätzlicher Trennflüssigkeit (29) durch den Strömungskanal (25) ein konstantes Pumpen von zusätzlicher Trennflüssigkeit (29) durch den Strömungskanal (25) oder ein intermittierendes Pumpen von zusätzlicher Trennflüssigkeit (29) durch den Strömungskanal (25) oder ein Pumpen von zusätzlicher Trennflüssigkeit (29) durch den Strömungskanal (25) bei Detektion von Gasblasen im Strömungskanal (25) ist.Use of a microfluidic system (1; 1'). Protection claim 28 , wherein the pumping of additional separating liquid (29) through the flow channel (25) involves constant pumping of additional separating liquid (29) through the flow channel (25) or intermittent pumping of additional separating liquid (29) through the flow channel (25) or pumping of additional separating liquid (29) through the flow channel (25) when gas bubbles are detected in the flow channel (25). Verwendung eines mikrofluidischen Systems (1; 1') nach einem der Schutzansprüche 26 bis 29, wobei das Vorhandensein oder die Erzeugung von Gasblasen in der mikrofluidischen Vorrichtung (2) überwacht und erfasst wird.Use of a microfluidic system (1; 1') according to one of Protection claims 26 until 29 , wherein the presence or generation of gas bubbles in the microfluidic device (2) is monitored and detected. Verwendung eines mikrofluidischen Systems (1; 1') nach Schutzanspruch 30, wobei das Vorhandensein oder die Erzeugung von Gasblasen in der mikrofluidischen Vorrichtung (2) mittels eines Erfassungsmittels, wie einer optischen Abbildungsvorrichtung, zum Beispiel einer optischen Kamera, überwacht und erfasst wird.Use of a microfluidic system (1; 1'). Protection claim 30 , wherein the presence or generation of gas bubbles in the microfluidic device (2) is monitored and detected by means of a detection means, such as an optical imaging device, for example an optical camera. Verwendung eines mikrofluidischen Systems (1; 1') nach einem der Schutzansprüche 26 bis 31, wobei Gasblasen aus der zusätzlichen Trennflüssigkeit (29) abgetrennt werden.Use of a microfluidic system (1; 1') according to one of Protection claims 26 until 31 , whereby gas bubbles are separated from the additional separating liquid (29). Verwendung eines mikrofluidischen Systems (1; 1') nach Schutzanspruch 32, wobei das Abtrennen mittels einer Blasenfalle (32) erfolgt, die mit dem Strömungskreislauf (3) stromabwärts des Auslasses (24) der mikrofluidischen Vorrichtung (2) verbunden ist.Use of a microfluidic system (1; 1'). Protection claim 32 , the separation taking place by means of a bubble trap (32) which is connected to the flow circuit (3) downstream of the outlet (24) of the microfluidic device (2). Verwendung eines mikrofluidischen Systems (1; 1') nach einem der Schutzansprüche 26 bis 33, wobei Druck auf die mikrofluidische Vorrichtung (2) aufgebracht wird.Use of a microfluidic system (1; 1') according to one of Protection claims 26 until 33 , whereby pressure is applied to the microfluidic device (2). Verwendung eines mikrofluidischen Systems (1; 1') nach Schutzanspruch 34, wobei der Druck mittels einer Druckkammer aufgebracht wird, die zumindest die mikrofluidische Vorrichtung (2) umgibt.Use of a microfluidic system (1; 1'). Protection claim 34 , wherein the pressure is applied by means of a pressure chamber which surrounds at least the microfluidic device (2). Verwendung eines mikrofluidischen Systems (1; 1') nach einem der Schutzansprüche 26 bis 35, wobei die biologischen Probe, die in der Anordnung von Reaktionsbereichen (26) bereitgestellt wird, getestet wird.Use of a microfluidic system (1; 1') according to one of Protection claims 26 until 35 , wherein the biological sample provided in the array of reaction areas (26) is tested. Verwendung eines mikrofluidischen Systems (1; 1') nach einem der Schutzansprüche 26 bis 36, wobei das Anwendens des Thermocycling-Temperaturprofils auf die Anordnung von Reaktionsbereichen (26) eine Steuerung des Temperaturprofils einer thermischen Halterung umfasst, die die mikrofluidische Vorrichtung (2) aufnimmt, um der Anordnung von Reaktionsbereichen (26) ein Thermocycling-Temperaturprofil zu liefern, oder eine Steuerung einer Heizeinrichtung zum Erwärmen oder einer Kühleinrichtung zum Kühlen der Temperatur der Trennflüssigkeit auf eine gewünschte Temperatur des Thermocycling-Temperaturprofils umfasst, oder eine Steuerung einer Heizeinrichtung zum Erwärmen und einer Kühleinrichtung zum Kühlen der Temperatur der Trennflüssigkeit auf eine gewünschte Temperatur des Thermocycling-Temperaturprofils umfasst.Use of a microfluidic system (1; 1') according to one of Protection claims 26 until 36 , wherein applying the thermocycling temperature profile to the array of reaction regions (26) includes controlling the temperature profile of a thermal holder that accommodates the microfluidic device (2) to provide a thermocycling temperature profile to the array of reaction regions (26), or a control of a heating device for heating or a cooling device for cooling the temperature of the separation liquid to a desired temperature of the thermocycling temperature profile, or a control of a heating device for heating and a cooling device for cooling the temperature of the separation liquid to a desired temperature of the thermocycling temperature profile . Verwendung eines mikrofluidischen Systems (1; 1') nach Schutzanspruch 37, wobei die Steuerung der Heiz- oder Kühleinrichtung (5) ein Steuern einer stromabwärts der sekundären Trennflüssigkeitsquelle (4) vorgesehenen Durchflussheizeinrichtung (5) zum Erwärmen der zusätzlichen Trennflüssigkeit (29) auf Anforderung umfasst.Use of a microfluidic system (1; 1'). Protection claim 37 , wherein the control of the heating or cooling device (5) includes controlling a flow-through heating device (5) provided downstream of the secondary separation liquid source (4) for heating the additional separation liquid (29) on demand. Verwendung eines mikrofluidischen Systems (1; 1') nach einem der Schutzansprüche 37 und 38, wobei die Steuerung der Heiz- oder Kühleinrichtung (5) ein Steuern eines Ventilmechanismus (411, 421) zum Mischen von zusätzlicher Trennflüssigkeit (29) aus mindestens einem Reservoir (41) mit einer erwärmten zusätzlichen Trennflüssigkeit (29) und mindestens einem Reservoir (42) mit einer nicht erwärmten oder gekühlten zusätzlichen Trennflüssigkeit (29) umfasst.Use of a microfluidic system (1; 1') according to one of Protection claims 37 and 38 , wherein the control of the heating or cooling device (5) involves controlling a valve mechanism (411, 421) for mixing additional separation liquid (29) from at least one reservoir (41) with a heated additional separation liquid (29) and at least one reservoir (42 ) with one not heated or cooled additional separating liquid (29). Verwendung eines mikrofluidischen Systems (1; 1') nach einem der Schutzansprüche 37 bis 39, wobei die Steuerung der Heiz- oder Kühleinrichtung (5) ein Anlegen von Elektrizität an die zusätzliche Trennflüssigkeit (29) auf Anforderung umfasst, wobei die zusätzliche Trennflüssigkeit (29) elektrisch leitendes Material, wie Graphenmaterial, zum Erwärmen der zusätzlichen Trennflüssigkeit (29) durch das Anlegen von Elektrizität umfasst.Use of a microfluidic system (1; 1') according to one of Protection claims 37 until 39 , wherein the control of the heating or cooling device (5) comprises applying electricity to the additional separating liquid (29) on demand, the additional separating liquid (29) passing through electrically conductive material, such as graphene material, for heating the additional separating liquid (29). includes the creation of electricity. Mikrofluidisches System (1; 1') für die digitale Polymerase-Kettenreaktion dPCR einer biologischen Probe, wobei das mikrofluidische System (1; 1') umfasst: mindestens eine mikrofluidische Vorrichtung (2) mit einem Einlass (23), einem Auslass (24), einem Strömungskanal (25), der den Einlass (23) mit dem Auslass (24) verbindet, und einer Anordnung von Reaktionsbereichen (26), die mit dem Strömungskanal (25) in Fluidverbindung stehen; einen Strömungskreislauf (3), der mit der mikrofluidischen Vorrichtung (2) verbindbar ist, um Flüssigkeit durch den Strömungskanal (25) der mikrofluidischen Vorrichtung (2) fließen zu lassen; eine Probenflüssigkeitsquelle, die an die mikrofluidische Vorrichtung (2) anschließbar ist, um die mikrofluidische Vorrichtung (2) mit einer Probenflüssigkeit (27) zu versorgen; eine primäre Trennflüssigkeitsquelle, die mit der mikrofluidischen Vorrichtung (2) verbindbar ist, um die mikrofluidische Vorrichtung (2) mit anfänglicher Trennflüssigkeit (28) zum Versiegeln der Probenflüssigkeit (27) innerhalb der Anordnung von Reaktionsbereichen (26) zu versorgen; eine sekundäre Trennflüssigkeitsquelle (4), die an die mikrofluidische Vorrichtung (2) anschließbar ist, um die mikrofluidische Vorrichtung (2) mit zusätzlicher Trennflüssigkeit (29) zu versorgen, und eine Pumpeinrichtung (31), die mit dem Strömungskreislauf (3) verbunden und geeignet ist, die zusätzliche Trennflüssigkeit (29) durch den Strömungskanal (25) zu pumpen, wobei das mikrofluidische System weiterhin eine Steuereinrichtung umfasst, um die Pumpeinrichtung (31) zu steuern, um die zusätzliche Trennflüssigkeit (29) bei Bedarf durch den Strömungskanal (25) zu pumpen, um Gasblasen aus dem Strömungskanal (25) zu spülen.Microfluidic system (1; 1') for the digital polymerase chain reaction dPCR of a biological sample, the microfluidic system (1; 1') comprising: at least one microfluidic device (2) with an inlet (23), an outlet (24), a flow channel (25) which connects the inlet (23) to the outlet (24), and an arrangement of reaction areas (26), which be in fluid communication with the flow channel (25); a flow circuit (3) connectable to the microfluidic device (2) to allow liquid to flow through the flow channel (25) of the microfluidic device (2); a sample liquid source which can be connected to the microfluidic device (2) in order to supply the microfluidic device (2) with a sample liquid (27); a primary separation fluid source connectable to the microfluidic device (2) for supplying the microfluidic device (2) with initial separation fluid (28) for sealing the sample fluid (27) within the array of reaction regions (26); a secondary separation liquid source (4) which can be connected to the microfluidic device (2) in order to supply the microfluidic device (2) with additional separation liquid (29), and a pump device (31) which is connected to the flow circuit (3) and is suitable for pumping the additional separating liquid (29) through the flow channel (25), wherein the microfluidic system further comprises a control device to control the pumping device (31) to pump the additional separation liquid (29) through the flow channel (25) if necessary in order to flush gas bubbles from the flow channel (25). Mikrofluidisches System (1; 1') nach Schutzanspruch 41, wobei die Probenflüssigkeit (27) eine wässrige Lösung ist, die die biologische Probe und die für den dPCR-Assay erforderlichen Reagenzien umfasst, und wobei jede Trennflüssigkeit (28, 29) eine mit der Probenflüssigkeit (27) nicht mischbare Flüssigkeit ist.Microfluidic system (1; 1') according to Protection claim 41 , wherein the sample liquid (27) is an aqueous solution comprising the biological sample and the reagents required for the dPCR assay, and wherein each separation liquid (28, 29) is a liquid that is immiscible with the sample liquid (27). Mikrofluidisches System (1; 1') nach Schutzanspruch 42, wobei jede Trennflüssigkeit (28, 29) entweder Öl oder eine Polymerflüssigkeit, wie eine Silikonflüssigkeit, oder ein Gemisch davon ist.Microfluidic system (1; 1') according to Protection claim 42 , wherein each separation liquid (28, 29) is either oil or a polymer liquid, such as a silicone liquid, or a mixture thereof. Mikrofluidisches System (1; 1') nach Schutzanspruch 43, wobei die anfängliche Trennflüssigkeit (28) und die zusätzliche Trennflüssigkeit (29) aus demselben Trennflüssigkeitsmaterial bestehen.Microfluidic system (1; 1') according to Protection claim 43 , wherein the initial separation liquid (28) and the additional separation liquid (29) consist of the same separation liquid material. Mikrofluidisches System (1; 1') nach einem der Schutzansprüche 41 bis 44, wobei die primäre Trennflüssigkeitsquelle und die sekundäre Trennflüssigkeitsquelle (4) durch unterschiedliche Trennflüssigkeitsreservoire oder durch ein gemeinsames Trennflüssigkeitsreservoir realisiert sind.Microfluidic system (1; 1') according to one of Protection claims 41 until 44 , wherein the primary separating liquid source and the secondary separating liquid source (4) are realized by different separating liquid reservoirs or by a common separating liquid reservoir. Mikrofluidisches System (1; 1') nach Schutzanspruch 45, wobei die initiale Trennflüssigkeit (28) eine untemperierte Trennflüssigkeit ist.Microfluidic system (1; 1') according to Protection claim 45 , whereby the initial separating liquid (28) is an untempered separating liquid. Mikrofluidisches System (1; 1') nach einem der Schutzansprüche 41 bis 46, wobei die Pumpeinrichtung (31) so gesteuert wird, dass sie eine vorbestimmte Menge der zusätzlichen Trennflüssigkeit (29) durch den Strömungskanal (25) pumpt.Microfluidic system (1; 1') according to one of Protection claims 41 until 46 , wherein the pump device (31) is controlled so that it pumps a predetermined amount of the additional separation liquid (29) through the flow channel (25). Mikrofluidisches System (1; 1') nach Schutzanspruch 47, wobei die Pumpeinrichtung (31) so gesteuert wird, dass sie die zusätzliche Trennflüssigkeit (29) konstant, intermittierend oder bei Detektion von Gasblasen im Strömungskanal (25) durch den Strömungskanal (25) pumpt.Microfluidic system (1; 1') according to Protection claim 47 , wherein the pump device (31) is controlled in such a way that it pumps the additional separating liquid (29) through the flow channel (25) constantly, intermittently or when gas bubbles are detected in the flow channel (25). Mikrofluidisches System (1; 1') nach einem der Schutzansprüche 41 bis 48, wobei das mikrofluidische System (1; 1') ferner eine mit dem Strömungskreislauf (3) verbundene Blasenfalle (32) zur Abtrennung von Gas aus der Trennflüssigkeit (28, 29) aufweist, wobei die Blasenfalle (32) stromabwärts des Auslasses (24) der mikrofluidischen Vorrichtung (2) angeordnet ist.Microfluidic system (1; 1') according to one of Protection claims 41 until 48 , wherein the microfluidic system (1; 1') further has a bubble trap (32) connected to the flow circuit (3) for separating gas from the separating liquid (28, 29), the bubble trap (32) being located downstream of the outlet (24). the microfluidic device (2) is arranged. Mikrofluidisches System (1; 1') nach einem der Schutzansprüche 41 bis 49, wobei das mikrofluidische System (1; 1') zum Untersuchen der biologischen Probe verwendet wird, die in Form der Probenflüssigkeit (27) zu jedem Element des Arrays von Reaktionsbereichen (26) bereitgestellt wird.Microfluidic system (1; 1') according to one of Protection claims 41 until 49 , wherein the microfluidic system (1; 1') is used to examine the biological sample provided in the form of the sample liquid (27) to each element of the array of reaction areas (26). Mikrofluidisches System (1; 1') nach einem der Schutzansprüche 41 bis 50, wobei der Einlass (23) und/oder der Auslass (24) in Form eines Verbindungsports zur Verbindung der mikrofluidischen Vorrichtung (2) mit der Probenflüssigkeitsquelle, zur Verbindung der mikrofluidischen Vorrichtung (2) mit der primären Trennflüssigkeitsquelle und/oder zur Verbindung der mikrofluidischen Vorrichtung (2) mit der sekundären Trennflüssigkeitsquelle (4) ausgeführt sind.Microfluidic system (1; 1') according to one of Protection claims 41 until 50 , wherein the inlet (23) and / or the outlet (24) in the form of a connection port for connecting the microfluidic device (2) to the sample liquid source, for connecting the microfluidic device (2) to the primary separation liquid source and / or for connecting the microfluidic Device (2) is designed with the secondary separation liquid source (4). Mikrofluidisches System (1; 1') nach einem der Schutzansprüche 41 bis 51, wobei die mikrofluidische Vorrichtung (2) mit mindestens einer unteren Schicht (21) und einer oberen Schicht (22) aufgebaut ist, wobei entweder die untere Schicht (21) oder die obere Schicht (22) das Array von Reaktionsbereichen (26), den Einlass (23) und den Auslass (24) bereitstellt, und wobei der Strömungskanal (25) zwischen der unteren Schicht (21) und der oberen Schicht (22) eingerichtet ist und in Fluidverbindung mit dem Array von Reaktionsbereichen (26) steht.Microfluidic system (1; 1') according to one of Protection claims 41 until 51 , wherein the microfluidic device (2) is constructed with at least one lower layer (21) and an upper layer (22), wherein either the lower layer (21) or the upper layer (22) contains the array of reaction areas (26), the Provides inlet (23) and outlet (24), and wherein the flow channel (25) is arranged between the lower layer (21) and the upper layer (22) and is in fluid communication with the array of reaction regions (26). Mikrofluidisches System (1; 1') nach Schutzanspruch 52, wobei jeder Reaktionsbereich eine Mikrovertiefung oder eine Nanovertiefung ist.Microfluidic system (1; 1') according to Protection claim 52 , where each reaction region is a microwell or a nanowell. Mikrofluidisches System (1; 1') nach Schutzanspruch 53, wobei die mikrofluidische Vorrichtung (2) ein mikrofluidischer Chip istMicrofluidic system (1; 1') according to Protection claim 53 , wherein the microfluidic device (2) is a microfluidic chip Mikrofluidisches System (1; 1') nach einem der Schutzansprüche 41 bis 54, wobei die Probenflüssigkeit (27) eine wässrige Lösung ist, welche die biologische Probe und Reagenzien zum dPCR Assay aufweist.Microfluidic system (1; 1') according to one of Protection claims 41 until 54 , wherein the sample liquid (27) is an aqueous solution containing the biological sample and reagents for the dPCR assay. Mikrofluidisches System (1; 1') nach Schutzanspruch 55, wobei zunächst die Probenflüssigkeit (27) durch den Strömungskanal (25) in die Anordnung von Reaktionsbereichen (26) geströmt wird, und wobei die anfängliche Trennflüssigkeit (28) in den Strömungskanal (25) der mikrofluidischen Vorrichtung (2) geströmt wird, nachdem die Probenflüssigkeit (27) der Anordnung von Reaktionsbereichen (26) zugeführt wurde.Microfluidic system (1; 1') according to Protection claim 55 , wherein first the sample liquid (27) is flowed through the flow channel (25) into the arrangement of reaction areas (26), and wherein the initial separation liquid (28) is flowed into the flow channel (25) of the microfluidic device (2) after the Sample liquid (27) was supplied to the arrangement of reaction areas (26). Mikrofluidisches System (1; 1') nach einem der Schutzansprüche 41 bis 56, wobei das mikrofluidische System (1; 1') ferner ein Detektionsmittel zum Erfassen des Vorhandenseins oder der Erzeugung von Gasblasen in der mikrofluidischen Vorrichtung (2) umfasst.Microfluidic system (1; 1') according to one of Protection claims 41 until 56 , wherein the microfluidic system (1; 1') further comprises a detection means for detecting the presence or generation of gas bubbles in the microfluidic device (2). Mikrofluidisches System (1; 1') nach Schutzanspruch 57, wobei das Detektionsmittel eine optische Abbildungsvorrichtung ist.Microfluidic system (1; 1') according to Protection claim 57 , wherein the detection means is an optical imaging device. Mikrofluidisches System (1; 1') nach Schutzanspruch 58, wobei das Detektionsmittel eine optische Kamera ist.Microfluidic system (1; 1') according to Protection claim 58 , where the detection means is an optical camera. Mikrofluidisches System (1; 1') nach einem der Schutzansprüche 41 bis 59, wobei das mikrofluidische System (1; 1') weiterhin eine thermische Halterung umfasst, die die mikrofluidische Vorrichtung (2) aufnimmt, um dem Array von Reaktionsbereichen (26) ein Thermocycling-Temperaturprofil zu verleihen.Microfluidic system (1; 1') according to one of Protection claims 41 until 59 , wherein the microfluidic system (1; 1') further comprises a thermal holder that houses the microfluidic device (2) to impart a thermocycling temperature profile to the array of reaction regions (26). Mikrofluidisches System (1; 1') nach einem der Schutzansprüche 41 bis 60, wobei eine Bereitstellung eines Thermocycling-Temperaturprofils für die Anordnung von Reaktionsbereichen (26) mittels einer Heiz- und/oder Kühleinrichtung zum Erwärmen und/oder Kühlen der Temperatur der Trennflüssigkeit auf eine gewünschte Thermocycling-Temperaturprofiltemperatur implementiert ist.Microfluidic system (1; 1') according to one of Protection claims 41 until 60 , wherein provision of a thermocycling temperature profile for the arrangement of reaction areas (26) is implemented by means of a heating and/or cooling device for heating and/or cooling the temperature of the separating liquid to a desired thermocycling temperature profile temperature. Mikrofluidisches System (1; 1') nach Schutzanspruch 61, wobei die sekundäre Trennflüssigkeitsquelle (4) einen Vorratsbehälter (42) mit nicht beheizter zusätzlicher Trennflüssigkeit (29) umfasst, wobei stromabwärts des Vorratsbehälters (42) eine Strömungsheizeinrichtung (5) vorgesehen ist, um die zusätzliche Trennflüssigkeit (29) bei Bedarf zu erwärmen.Microfluidic system (1; 1') according to Protection claim 61 , wherein the secondary separation liquid source (4) comprises a storage container (42) with unheated additional separation liquid (29), a flow heating device (5) being provided downstream of the storage container (42) in order to heat the additional separation liquid (29) if necessary. Mikrofluidisches System (1; 1') nach Schutzanspruch 61 oder 62, wobei die sekundäre Trennflüssigkeitsquelle (4) mindestens ein Reservoir (41) mit erwärmter zusätzlicher Trennflüssigkeit (29) und mindestens ein Reservoir (42) mit nicht erwärmter oder gekühlter zusätzlicher Trennflüssigkeit (29) umfasst, wobei die Reservoire (41, 42) durch einen Ventilmechanismus (411, 421), wie z.B. ein jeweiliges elektronisch gesteuertes Abgabeventil (411, 421) oder ein gemeinsames Mischventil, trennbar mit dem Strömungskreislauf (3) verbunden sind.Microfluidic system (1; 1') according to Protection claim 61 or 62 , wherein the secondary separation liquid source (4) comprises at least one reservoir (41) with heated additional separation liquid (29) and at least one reservoir (42) with non-heated or cooled additional separation liquid (29), the reservoirs (41, 42) being separated by a Valve mechanism (411, 421), such as a respective electronically controlled dispensing valve (411, 421) or a common mixing valve, are separably connected to the flow circuit (3). Mikrofluidisches System (1; 1') nach einem der Schutzansprüche 61 bis 63, wobei die zusätzliche Trennflüssigkeit (29) elektrisch leitfähiges Material, wie z. B. Graphenmaterial, umfasst, um die zusätzliche Trennflüssigkeit (29) durch das Anlegen von Elektrizität an die zusätzliche Trennflüssigkeit bei Bedarf zu erwärmen.Microfluidic system (1; 1') according to one of Protection claims 61 until 63 , the additional separating liquid (29) being electrically conductive material, such as. B. graphene material, to heat the additional separation liquid (29) by applying electricity to the additional separation liquid if necessary. Mikrofluidisches System (1; 1') nach einem der Schutzansprüche 41 bis 64, wobei das mikrofluidische System (1; 1') weiterhin eine Druckkammer umfasst, die zumindest die mikrofluidische Vorrichtung (2) umgibt.Microfluidic system (1; 1') according to one of Protection claims 41 until 64 , wherein the microfluidic system (1; 1') further comprises a pressure chamber which surrounds at least the microfluidic device (2).
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