CN112334234A - 用于介电泳地捕集微粒的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于介电泳地捕集微粒（2、3）的装置（1），该装置至少包括一个或者多个层（4）以及电接触结构（5），其中所述层（4）分别具有层上侧面（6）、层下侧面（7）和障碍结构（8），其中所述障碍结构（8）能够由包括所述微粒（2、3）的流体贯穿流过，其中所述障碍结构（8）布置在所述层上侧面（6）上并且其中所述障碍结构（8）将所述层上侧面（6）与同一个层（4）的或者所述层（4）中的另一个层的层下侧面（7）隔开。

Description

用于介电泳地捕集微粒的装置
技术领域
本发明涉及一种用于介电泳地捕集微粒的装置以及一种用于制造相应的装置的方法。
背景技术
循环的肿瘤细胞（循环的肿瘤细胞、Circulating Tumor Cells，CTC’s）以及无细胞的肿瘤DNA（循环的肿瘤DNA、Circulating Tumor DNA，ctDNA）在过去数年里已经证实是非常期待的并且在临床上非常重要的生物标记，以用于对恶性的肿瘤和转移进行诊断以及合适的治疗。长时间以来，在人体内、因此首先从血液和其他合适的体液中对其进行早期的且可靠的探测是现代肿瘤学（流体活检、Liquid Biopsy）的主要研究重点之一。
这种形式的肿瘤分析尤其对病人来说相对于传统的侵入性的活组织切片检查法提供了重要的优点。尤其高度开发的微系统中的流行的分析技术的集成以及将所有必需的处理步骤统一为一台唯一的紧凑的仪器中的链的方法（芯上型实验室、Lab-On-a-Chip）由于使这种研究方案由于其可能非常小的处理持续时间、高的精确性、可再现性、灵活性、简便性以及巨大的成本优势而显得非常有吸引力。
在这方面，对于肿瘤材料的可靠的隔离的迫切需求由这种计划看来迄今为止表现在大量不同的方案中。
除了简单的机械的过滤器之外，在过去因此尤其使用水力的变型方案或者基于抗体的方法，以用于在相应的物理特性、比如尺寸、密度或可变形性的基础上在微流体通道中将循环的肿瘤细胞分离。不过，在此可能相应地观察到了决定性的限制，切实可行的使用在很大程度上依旧困难。
发明内容
在这里，根据权利要求1提出一种用于介电泳地捕集微粒的装置，该装置至少包括一个或者多个层以及电接触结构，其中所述层分别具有层上侧面、层下侧面和障碍结构。所述障碍结构能够由包括所述微粒的流体贯穿流过。此外，所述障碍结构布置在所述层上侧面上，其中所述障碍结构将所述层上侧面与同一个层的或者所述层中的另一个层的层下侧面隔开。
这里所提出的解决方案尤其基于根据微粒的介电特性对其进行操纵的方案。这种方案具有以下特殊的优点，即：该方案能够在不取决于标记的情况下并且以较大的尺度来缩放并且能够容易地、无接触地多方面使用并且能够很好地集成到现代的MEMS-和微流体-技术中。这里所提出的解决方案的一个特别优选的组成部分是将能够借助于DEP力来捕集的层、尤其是薄膜结构叠加成多层的总捕集系统。至少一个层下面也被称为所谓的“DEP-带”。
所述装置用于（有针对性地）介电泳地捕集（特定的）微粒或者为此而设立。这换句话说尤其意味着，所述装置用于或者被设立用于有针对性地介电泳地捕集特定类型或种类的微粒（目标细胞）。这里所介绍的解决方案允许以有利的方式从在通道中得到导引的介质中有针对性地捕集至少一种特定的微粒并且由此使其能够取出或者将其取出。
微粒类型或者微粒种类（目标粒子/目标细胞）尤其通过其介电特性来确定。在血液中循环的肿瘤细胞（有利的目标细胞）示范性地在其介电常数方面有别于正常的白血球。有待捕集的微粒尤其是指循环的肿瘤细胞。
每个细胞一般说来拥有其自身的独一无二的细胞形态。所述细胞形态尤其是细胞类型、细胞内在生命的复杂性以及细胞周期中的阶段的函数。此外，大多数细胞类型的细胞膜不是光滑的，而是在实际上布满皱褶和微绒毛。
与健康的血细胞不同，肿瘤细胞形成固定的组织，在肿瘤生长的过程中各个循环的肿瘤细胞（所谓的CTC’s）可能会从所述固定的组织上脱落。其实际上的细胞膜面积由于原始组织中的提高的紧实度因此相对于在血液中自由存在的健康的血细胞的细胞膜面积而更大并且由于肿瘤的不断的生长随着无序的增加而升高。
结合细胞尺寸，细胞膜面积是形态学上的特性，该形态学上的特性在两种细胞类型的不同的瞬态频率方面变得明显：在研究80种以上不同的固体的肿瘤类型的频率特性时已经能够发现，与健康的血细胞相比大了50%与300%之间的标准化的表面容量和平均下来更大的用于肿瘤细胞的细胞半径可能导致20kHz与75kHz之间的瞬态频率。对于0.03S/m的相同导电性来说，就健康的单核血细胞的全部所研究的15个亚群而言，瞬态频率大于120kHz。对于五种白血病细胞来说，所述瞬态频率处于60kHz与100kHz之间。
在这些认识以及健康的血细胞的最丰富地存在的亚群-也就是淋巴细胞和粒细胞-的瞬态频率拥有很低的标准偏差并且以至少5到7个标准偏差的幅度远离大多数肿瘤类型的瞬态频率这个事实的基础上，介电泳法适合于可靠地隔离所有类型的固体肿瘤并且—即使以较小的效率—也能够运用于（高度集中的）白血病亚群。
从健康的血细胞中对CTC’s进行的DEP筛分（在这方面）尤其基于两种微粒种类的相反运动：尤其如果运行频率处于相应的瞬态频率之间，则能够借助于pDEP来吸引肿瘤细胞并且借助于nDEP来排斥健康的血细胞。障碍结构和/或电接触结构尤其如此设立而成，从而能够在这里产生相应的运行频率。
所谓的介电泳（DEP）的机制是介电泳的捕集的基础。所述介电泳表示（也不带电荷的）能极化的粒子的、在非均匀的电场中的运动。在此，由于从外部施加的交变电场而被感应到微粒中的偶极与正是这种外部的场相互作用并且导致对所述微粒的介电泳的力作用。这种力作用在这里能够用于拦住微粒并且由此用于介电泳地将其捕集。
下面要对所述微粒捕集的、在这里可能存在的两种不同的架构或者原理、也就是mDEP和iDEP进行详细解释。
所述iDEP的原理：在这种变型方案中，用具有较低频率的DC信号或者AC信号来生成电场力线（甚至可能存在由两个不同的信号分量构成的叠加）并且在流体通道内部的隔离用的（障碍）结构（聚合物、玻璃等等）上弯曲。最剧烈的弯曲在收缩处的区域中进行，在所述区域中可以借助于pDEP来捕集微粒。DC电压在iDEP应用中借助于电渗经常也能够同时用于流体的流动。
所述mDEP的原理：场产生在这里通常通过将电压直接施加在障碍结构（电极结构）、尤其是金属（障碍）结构上（通常施加到交替的微电极装置上）这种方式来进行。最大的场梯度通常在电极的边缘处出现。
此外，所述装置包括一个或者多个层。优选地，所述装置包括刚好或者仅仅一个层，比如如果所述层比如被卷绕成所谓的卷筒的话。作为替代方案，所述装置能够具有多个层，比如如果所述层被上下堆叠成堆垛或者堆栈的话。
优选地，所述层分别包括至少一个（电绝缘的）绝缘体分层或者绝缘分层。这换句话说尤其意味着，所述层能够分别包括一个（面状的）分层，所述分层如此设立而成，使得其起电绝缘的作用。这个绝缘体分层比如能够用薄膜来形成。（绝缘体-）薄膜比如能够是（较薄的、离心涂镀的）尤其是具有比如直至25μm的厚度的聚酰亚胺薄膜。特别优选的是，所述层分别包括至少两个（面状的）上下布置的绝缘体分层，所述绝缘体分层能够在其之间围住一个（面状的和/或曲折形地布置的）电极。
此外，所述装置包括电接触结构。所述电接触结构尤其被设立用于在流体通道的内部并且尤其在障碍结构的区域中构成电场。为此，所述电接触结构通常与电压供给机构能够连接或者与其相连接。
对于iDEP应用来说，所述接触结构比如能够具有两条接触臂，所述接触臂彼此对置地、至少部分地沿着所述层之一来延伸。彼此（直接）对置的接触臂尤其（仅仅）部分地彼此搭接。优选地，所述接触臂在此在层上侧面上和/或在（对于iDEP应用来说作为绝缘体结构来形成的）障碍结构的区域中延伸。此外优选的是，不仅能够在层上侧面上而且能够在层下侧面上构成接触臂。所述接触臂优选用尤其被施加到层上侧面和/或层下侧面上的（扁平的）印制导线来形成。在此，所述接触臂之一能够形成正极并且另一条接触臂能够形成负极。在所述接触臂之间，由此能够产生尤其不均匀的电场，所述电场的场力线能够通过所述障碍结构（绝缘体结构）来弯曲或者偏转。
对于mDEP应用来说，所述接触结构比如能够被设立用于将作为电极结构来形成的障碍结构的电极和/或所述沿着（和/或在）所述层（中）延伸的电极与电压供给机构连接起来。在这种情况中，所述接触结构也能够具有如下接触臂，所述接触臂比如能够将所述电极结构中的一些电极与正极连接起来并且将所述电极结构中的其他电极与负极连接起来。由此，在所述电极结构的电极之间能够产生尤其不均匀的电场。除此以外，所述接触结构能够将沿着和/或在所述层（中）延伸的电极比如与正极或者负极连接起来。
所述层分别具有层上侧面和层下侧面。所述层优选分别被构成面状。在此，所述层通常分别具有面状的层上侧面和面状的层下侧面。如果设置有多个层，那么这些层优选相同地构成。所述层能够分别用多个上下布置的和/或面状的分层来构造。
此外，所述层分别具有障碍结构。所述障碍结构能够由包括所述微粒的流体贯穿流过。所述流体在这里通常是血液。此外，所述障碍结构布置在层上侧面上。除此以外，也能够规定，一个障碍结构布置在层上侧面上并且一个障碍结构布置在层下侧面上。所述障碍结构被设立用于，将层上侧面与同一个层的层下侧面隔开（比如如果仅仅设置有一个层，所述层被卷绕成圆筒）或者与所述层中的另一个层的层下侧面隔开（比如如果设置有多个层，所述层被堆叠成堆栈）。
所述障碍结构尤其沿着所述层的至少一个（纵向）区段和/或（在所述层的展开的状态中）在一个平面中延伸。优选地，所述障碍结构中的至少一个障碍结构具有多个（电绝缘的和/或被电绝缘的或者以棒形电极的式样形成的）支柱。特别优选每个障碍结构具有多个支柱。障碍结构比如能够通过以下方式沿着所述层的纵向区段延伸，即：沿着所述层的纵向方向（所述纵向方向可能涉及层的展开方向）并排地布置有所述障碍结构的多根支柱。除此以外，所述障碍结构的多根支柱能够（横向于纵向方向）先后布置。
优选地，所述障碍结构分别如此设立而成，使得其为产生电场的（特定的、尤其预定义的）空间上的非均匀性作贡献。所述电场在此尤其在流体通道的内部并且尤其在障碍结构的区域中（必要时（对于mDEP来说）甚至由障碍结构）来形成。特别优选的是，所述障碍结构（尤其在与电接触结构的共同作用中）分别被设立用于在流体通道中形成微粒类型所特有的能量最小值。下面会对“能量最小值”这个概念的意义进行详细解释。这以有利的方式允许在所述流体通道中能够捕集（仅仅）特定的微粒或者特定类型的微粒。在这个方面此外优选的是，所述障碍结构根据微粒类型的特点来设计。这换句话说尤其意味着，所述障碍结构根据应该加以捕集的微粒类型（目标细胞）来设计。
根据一种优选的设计方案来提出，所述层中的至少一个层被卷绕。在这方面优选的是，仅仅设置有一个层。这个层此外优选被卷成卷筒。特别优选的是，所述层被卷成螺旋形。在这方面特别优选的是，所述层如此被卷绕，从而在同一个层的层上侧面与层下侧面之间形成（微流体的）流体通道，在所述流体通道中布置有障碍结构。
根据一种优选的设计方案来提出，所述层中的多个层被堆叠。这换句话说尤其意味着，设置有所述层中的至少两个层并且其被堆叠成堆垛或者堆栈。这些层分别具有障碍结构。除此以外，在所述堆垛或者堆栈中也能够比如作为中间层或者覆盖层而设置至少一个无障碍结构的（光滑）层。在这方面特别优选的是，所述层中的多个层如此被堆叠，从而在所述层之一的层上侧面与和该层相邻的层的层下侧面之间形成（微流体的）流体通道，在该流体通道中布置有所述障碍结构之一。
根据一种优选的设计方案来提出，所述障碍结构是绝缘体结构，这换句话说尤其意味着，所述障碍结构用或者由电绝缘的材料来形成。这样的障碍结构尤其在实现iDEP系统时使用（基于绝缘体的介电泳、insulator based dielectrophoresis，iDEP）。绝缘材料在此尤其以支柱的式样伸到通道的里面，必要时它甚至越过通道横截面的至少一部分。
根据一种优选的设计方案来提出，所述障碍结构是电极结构。这换句话说尤其意味着，所述障碍结构用或者由可导电的材料来形成。这样的障碍结构尤其在实现mDEP系统时使用（基于金属的介电泳、metal based dielektrophoresis，mDEP）。所述可导电的材料在此尤其以支柱的式样伸到通道的里面，必要时它甚至越过通道横截面的至少一部分。在这方面此外优选的是，所述电极结构分别用多个微电极来形成。优选如此与所述电极结构进行电接触，使得所述障碍结构（分别）不仅包括阴极、而且包括阳极。特别优选的是，所述障碍结构中的至少一个障碍结构包括和阳极的数目相同的阴极。
在所述mDEP系统中能够比如用光刻方法将（对此来说必要的）（微）电极直接结构化在层上侧面上。尤其热气相喷镀的或者以电镀方法来施加的金属、像比如金或者铜适合于此。就iDEP应用情况而言，（对此来说必需的）绝缘体-障碍结构或者绝缘体结构能够由也与所述层、尤其是所述层的绝缘体分层本身相同的材料构成和/或同样以光刻方法（必要时与所述层一起）来结构化。
根据一种优选的设计方案，所述装置此外包括至少一个电钝化结构或者电绝缘结构。优选地，所述层包括尤其全面状的电钝化结构、优选在其层上侧面上包括全面状的电钝化结构。所述电钝化结构在此也能够覆盖所述布置在层上面的障碍结构的表面的至少一部分。所述电钝化结构比如能够用在化学上惰性的、但是在电方面尽可能透明的材料来形成。所述电绝缘结构比如能够用层的一个或者多个绝缘体分层来形成。
根据一种优选的设计方案，所述装置此外包括至少一个电极，所述电极至少部分地沿着（和/或在）所述层之一（中）延伸。优选地，所述电极在此在所述层的（面状的）材料的内部延伸，这比如能够通过以下方式来实现，即：所述电极在两个上下布置的分层、尤其是薄膜之间延伸。在此，所述层优选用由两个绝缘体分层和一个全面状地被埋入其中的金属电极构成的三明治布置结构来形成。这换句话说尤其意味着，设置有一个作为上分层的绝缘体分层和一个作为下分层的绝缘体分层，它们在其之间围住所述金属电极。
根据另一个方面，也提出一种用于制造在这里所提出的装置的方法，所述方法至少包括提供所述层中的一个或者多个层并且将所述层中的至少一个层卷绕或者将所述层中的多个层堆叠这些步骤。
结合所述装置所探讨的细节、特征和有利的设计方案也能够相应地在这里所介绍的方法中出现并且反之亦然。就这点而言，要全面地参照那里的关于所述特征的详细描述的解释。
附图说明
下面要借助于附图对这里所介绍的解决方案以及其技术环境进行详细解释。要指出，本发明不应该局限于所示出的实施例。尤其只要未明确地作出其他描述，那也能够选取在附图中所解释的事实情况的部分方面并且将其与来自其他附图和/或本说明书的其他组成部分和/或认识组合起来。附图示意性地示出如下：
图1以剖面图示出了一个用于在这里所提出的装置的层；
图2以剖面图示出了一种这里所提出的装置；
图3以透视图示出了一个根据图1的或者来自图2的层；
图4以透视图示出了另一个用于这里所提出的装置的层；
图5示出了根据图4的实施例的详细视图；
图6示出了这里所提出的方法的流程；
图7示出了这里所提出的方法的一个步骤的图解；
图8示出了这里所提出的方法的另一个步骤的图解；
图9以透视图示出了另一种这里所提出的装置；并且
图10以透视图示出了另一种这里所提出的装置。
具体实施方式
关于这里所介绍的、也能够涉及用于介电泳地捕集微粒的装置的解决方案的技术环境能够解释如下。
基础的机制、所谓的介电泳（DEP）表示（也未带电荷的）能极化的粒子在非均匀的电场中的运动。在此，由于从外部施加的交变电场而被感应到微粒中的偶极与正好这个外部的场相互作用并且引起对所述微粒的介电泳的力作用。
如果仅仅考虑到第一阶偶极矩并且忽略所有其他的更高阶的项以及呈库伦项的形式的对带电荷的微粒的力作用（介电泳），那就能够将对粒子的时间平均的介电泳的力在最普遍的用于空间上静止的电场的情况中表达为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
。
在此，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
表示粒子的几何因数，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
表示周围的介质的（绝对的）实部的介电常数，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
表示所施加的电场矢量（均方根、Root Mean Square、RMS）的有效值并且
Figure DEST_PATH_IMAGE010
表示所谓的“Clausius-Mosotti-Faktor（克劳休斯莫索蒂因数）”（CM-因数）的实部。
对于示范性地代表着肿瘤细胞的球形粒子的最简单的情况来说，可以针对
Figure DEST_PATH_IMAGE012
和
Figure DEST_PATH_IMAGE014
将这种表达式改写为
Figure DEST_PATH_IMAGE016
。
在这里，R代表着所观察的细胞的半径并且
Figure DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure DEST_PATH_IMAGE020
代表着粒子和周围的介质的（绝对的）复数的介电常数，其中此外适用
Figure DEST_PATH_IMAGE022
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE024
作为复数的单位，σ作为导电性并且ω作为所施加的电场的圆周频率。
按
Figure DEST_PATH_IMAGE026
的符号（取决于电场的工作点以及取决于频率的（绝对的）实部的介电常数ε与介质和材料之间的导电性σ之间的相对的协调），为了进行操纵要么能够引起对微粒的吸引的（正介电泳，pDEP）的力作用要么能够引起对微粒的排斥的（负介电泳，nDEP）的力作用。
这首先是有意义的，如果比如通过外部的限制、比如微流体通道中的未限定的流动条件或者DEP系统中的位置空间不足而没有在流动的流体中实现连续的分离（平衡方案），而是换而言之只能在所述流动的流体中要么借助于金属电极（mDEP）要么借助于隔离用的支柱（iDEP）来谋求目标粒子的捕集（不平衡方案）。最后一种方案基于以下基本原理，即：有待借助于pDEP来隔离的粒子通过电极克服流动的介质的流动力而被定址并且被固定住，而同时借助于nDEP来排斥不受欢迎的粒子。
对于DEP操纵的作用原理来说，首先在方案的设计中，在上述用于
Figure DEST_PATH_IMAGE028
的表达式中尤其最后一个因数
Figure DEST_PATH_IMAGE030
很重要，所述
Figure 302441DEST_PATH_IMAGE030
在不取决于目标粒子的材料、形状和尺寸的情况下出现。它除了电场的幅度和时间分布之外也表达了其空间上的非均匀性。这种空间上的非均匀性能够在微流体通道中比如通过通道中的微电极的合适的结构化以及相应的电信号在这些微电极上的直接施加（基于金属的介电泳、metal baseddielectropjoresis，mDEP）或者（作为替代方案）通过通道中的合适地设计的绝缘体结构以及在外部施加的电场（基于绝缘体的介电泳、insulator based dielectrophoresis，iDEP）来产生。对于mDEP来说可以在几乎平面的电极边缘处观察到电场的变形，对于iDEP来说由于围绕着绝缘用的被挤出的结构的变形而可以观察到电场的变形。
如果所述DEP系统不是（仅仅）应该被设计用于在流动的流体中进行连续的分离，而是（如这里一样）应该被设计用于捕集流动的流体中的目标粒子（假设：穿过电场的工作点尤其如此被调整，使得足够高的pDEP能够作用到所有目标粒子上），那么所述两种变型方案尤其将目标设置为：通过对于
Figure DEST_PATH_IMAGE032
合适的设计来如此设计用于粒子的空间上的能量区（Energielandschaft），使得所引起的能量最小值（用于微粒的能量最小值，因为pDEP）仅仅克服那些否则在系统中出现的能量在所规定的边界条件的范围内（通过量、细胞的损坏、分离的复原及纯度等等）仅仅将目标粒子固定住，而所有其他的在介质中出现的种属则在很大程度上不受这种作用的影响（通过DEP产生的力作用要么是积极的并且很小要么干脆是消极的）。
接下来对“能量最小值”这个概念的意义进行详细解释：对于pDEP（吸引力）来说，微粒通常朝电场强度的最大值的方向运动。但是，这些区域在能量区中相应于最小值、所谓的“势阱”。这换句话说也能够如此来描述，从而对于pDEP来说所述微粒朝更高的场强的方向运动，但是落到“势阱”中。“能量的最小值”在这里尤其应该是指能量区中的所描述的最小值或者所描述的势阱。这换句话说尤其意味着，所述能量的最小值是能量区中的最小值和/或势阱。
借助于pDEP进行微粒捕集（捕获、Trapping）的（前面所描述的）原理是吸引人的操纵方案，在这里所介绍的解决方案的范围内优选追求该吸引人的操纵方案。
对于mDEP-或者iDEP-捕获-分离器的常规的实现方式来说，能够观察到以下情况。
但是，由于介电泳的力的通常很小的作用范围，在捕集微粒时通常应该遵守电极与微粒之间的最大间距（100μm以下），但是相反这至少沿着垂直的方向可能引起受限制的通道设计以及由此较小的通过量。所述通过量只能在有限的程度上通过流速的提升来提高，因为所产生的流动力绝对不应该主导介电泳的力（在pN-范围内）或者损坏细胞（在常规的DEP系统中作为等值相应于大约100μm/s以下的最大流速）。所捕集的微粒的立即冲走是结果并且会预料到分离效率的急剧下降。
作为替代方案，为了在常规的实现方式中提高横截面并且由此提高通过量，也能够考虑沿着水平方向大幅度地加宽所述通道，但是在这里由于所述DEP系统的通常有限的尺寸这样的通道的扩展也大受限制。
面临这种背景，下面要介绍一种简短的用于常规的DEP捕获过滤的计算实例（该计算实例下面要与关于这里所介绍的解决方案的一种实施方式的计算实例进行比较）。
如果对于流体-活组织切片检查-应用来说比如必须在一个小时之内在具有50μm高度的通道中以100μm/s的流体速度对10ml大的血样进行处理，那就必须忍受大于55cm的有效的通道宽度（贯穿流过的横截面面积在没有障碍的情况下而后大约为28mm2），不过所述通道宽度从微流体的角度看太不实用。
以此为出发点，本发明的目标尤其是，将通过介电泳的力的小的作用范围所引起的、在被强制的情况下非常扁平的并且宽的通道重新分配到尽可能能操纵的体积上，其中所述通道根据常规会以足够高的通过量来要求否则太大的、用于呈介电泳的微粒捕集的形式的过滤运行的底面。在此，比如能够将准平面的DEP结构（DEP-Aufbau）的伸展度如此扩增了第三空间维度，从而能够提供被压缩到尽可能大的被贯穿流过的横截面面积这个结果。所述布置结构尤其能够以否则有利地较小的流速、但是以有利地足够的通过量来向目标细胞提供尽可能小的相互作用间距（所述电场的高梯度或者高的DEP力）、但是提供足够长的与DEP电极的相互作用行程。
图1示意性地以剖面图示出了一个用于这里所提出的装置的层4。所述层4具有层上侧面6、层下侧面7和障碍结构8。所述障碍结构8能够由包括微粒2、3（这里未示出）的流体贯穿流过。此外，所述障碍结构8布置在层上侧面6上。
按照根据图1的实施变型方案，所述层4示范性地以DEP薄膜的式样来形成。在此，所述层4用由两个绝缘体分层13和一个全面状地被埋入其中的金属电极12构成的三明治-布置结构来形成。所述绝缘体分层13代表着一种用于所述层4如何能够具有电绝缘结构11的实例。配对电极形成所挤出的金属支柱，所述金属支柱被施加在所述两个绝缘体分层13之一上并且在底部上通过扁平的印制导线14（这里未示出，参照图3）彼此连接（在所述支柱之间比如以棋盘格式进行极性的变换）。所挤出的金属支柱代表着一种用于所述障碍结构8如何能够被构造为电极结构的实例。
除此以外，所述层4按照根据图1的图示示范性地具有带的全面状的电钝化结构10。这种电的钝化结构10比如能够用在化学上惰性的、但是在电方面尽可能透明的材料来形成。此外，图1中的层4示范性地在所述带的背侧上或者在层下侧面7上具有薄的粘合分层15。这个粘合分层15在堆叠中能够用于引起最终的强度并且在后来的运行中用于引起微通道的密封性。
图2示意性地以剖面图示出了这里所介绍的装置1。在此统一地使用附图标记，从而能够全面地参照前面关于图1的解释。
所述装置1被设立用于介电泳地捕集微粒2、3（这里未示出）。所述装置1包括一个或者多个层4和一个电接触结构5（这里未示出）。所述层4分别具有层上侧面6、层下侧面7和障碍结构8。所述障碍结构8能够由包括微粒2、3（这里未示出）的流体贯穿流过。所述障碍结构8布置在层上侧面6上。此外，所述障碍结构8将层上侧面6与同一个层4的或者所述层4中的另一个层的层下侧面7隔开。
根据图2的布置结构比如能够通过多个根据图1的层4的堆叠或者作为替代方案通过根据图1的层4的卷绕来形成。所述布置结构在这方面能够类似于共面管路。假想的微流体通道的有效的横截面面积能够通过各根支柱的间距和高度来限定。所述障碍结构8或者具有金属支柱的分层以被卷绕的方式在两侧被隔离的情况下被平面的电极12的两个层4所包围并且由此相对于相邻的障碍结构8或者（障碍结构）分层完全被屏蔽，卷绕或者堆叠由此能够以特别有利的方式来实现。这尤其表现在对称的并且统一的电场16中，该电场可以在所述“保持架”（部分-微流体通道17）中的每个保持架中找到。
不过如果在运行中能够忽略DEP带的两个层4的串扰，那么对于简化的制造和操作来说也能够忽略屏蔽。在此能够示范性地仅仅留下一个绝缘体分层13，在该绝缘体分层13上能够施加金属支柱（障碍结构8）连同印制导线14（这里未示出，参照图3）和接触结构5（这里未示出，参照图3）。
在所有情况中，流入的微粒（目标细胞）可能经过所堆叠的障碍结构8并且在此以有利的方式与非均匀的电场16进行尽可能强烈的相互作用。多个假想的小的部分-微流体通道17的、在整个带的宽度范围内的总和在堆叠的状态中与具有可接受的有效的横截面面积的通道产生并联线路。
此外，在图2中可以看出，在所述层上侧面6与朝向该层上侧面的层下侧面9之间形成流体通道9，在该流体通道中布置有障碍结构8。这些流体通道9或者部分-微流体通道17的总和产生所述装置的能贯穿流过的（总）横截面面积，所述能贯穿流过的（总）横截面面积前面也被称为有效的横截面面积。
图3示意性以透视图示出了一个根据图1的或者来自图2的层4。在此统一地使用附图标记，因而能够全面地参照前面关于前面的图1和2的解释。
图4示意性以透视图示出了另一个用于这里所提出的装置的层4。在此统一地使用附图标记，因而能够全面地参照前面关于前面的附图的解释。
根据图4的实施变型方案与根据图1到3的实施变型方案的区别尤其在于，在这里所述障碍结构8不是电极结构、而是绝缘体结构。在此，取代金属支柱而将隔离用的间隔件（支柱）用作具有（在一侧或者在两侧）所施加的平面的金属电极12的障碍结构8。在此特别有利的是，（由于相邻的层4的可能的串扰）现在在堆叠或者卷绕时要额外地要注意到精确的调准。
图5示意性地示出了根据图4的实施例的详细视图。所属的详细截取部分在图4中用IV来标记。在此统一地使用附图标记，因而能够全面地参照前面关于前面的附图的解释。
图6示意性地示出了这里所介绍的方法的流程。所述方法用于制造这里所提出的装置。具有方框110和120的方法步骤的所示出的顺序在正常的运行流程中产生。在方框110中提供所述层中的一个或多个层。在方框120中卷绕所述层中的一个层或者堆叠所述层中的多个层。
图7示意性地示出了这里所介绍的方法的一个步骤的图解。在此统一地使用附图标记，因而能够全面地参照前面关于前面的附图的解释。
图7在这方面形象地说明了层4的提供情况。所述层4示范性地用固定器件18被保持在载体辊19上。所述固定器件18为此示范性地同时以间隔件的式样来形成。
图8示意性地示出了这里所提出的方法的另一个步骤的图解。在此统一地使用附图标记，因而能够全面地参照前面关于前面的附图的解释。
图8在这方面形象地说明了根据图7来提供的层4的卷绕情况。在此，示范性地将层4（适当地经过结构化的薄膜-布置结构）卷绕到载体辊19上并且在端部上进行电接触。这样的“DEP-卷筒”的有效地贯穿流过的横截面面积能够由被卷绕的带和被包含在其中的载体的遮盖面来计算并且按布局而变化。所述载体19的直径在有利于最大通过量的情况下能够被降低到最低限度。这样的圆筒能够在没有较大的困难的情况下集成到同样为圆筒形的通道（参照图9）中。
图9示意性以透视图地示出了另一个这里所提出的装置1。在此统一地使用附图标记，因而能够全面地参照前面关于前面的附图的解释。
所述装置1比如已经能够借助于在图7和图8中所说明的方法步骤来制造。这换句话说尤其意味着，所述装置1按照根据图9的图示以“卷筒”的式样来形成。
下面要借助于一种用于卷筒的计算实例对这种实施方式的一些优点进行探讨。
比如根据图1的、具有100μm厚度（50μm衬底厚度和50μm支柱高度，其中支柱宽度与支柱间距的比例为1:1）以及大约1m长度的层4（DEP带）能够通过35个匝数在具有6mm直径的辊19上被卷成具有在总体上小于13mm的直径的圆筒。这样的卷筒的长度在此能够个性化地来选择（比如1cm）。10ml大的血样而后可以以100μm/s的最大流速同样在大约一个小时之内来处理，（相对于上面所解释的用于常规的DEP捕获过滤的计算实例）存在以下巨大区别，即：这样的过滤器而后能够相当容易地被安装到芯上型实验室系统中。
这样的过滤器的制造能够以微制造技术来进行。所述绝缘体分层13能够用绝缘体薄膜来制造。所述绝缘体薄膜能够是薄的离心涂镀的、具有比如25μm以下的厚度的聚酰亚胺薄膜。比如由塑料构成的载体辊19能够拥有1毫米以下或更小的弯曲半径。薄膜和辊能够用具有合适高度的胶带来彼此连接，所述胶带同时也能够在首次卷绕时用作间隔件和支柱（障碍结构8）的保护件。作为电极材料，金属、像比如铜或者金是合适的，所述金属（以前）比如借助于光刻法、反应溅射法和/或电镀工艺尤其针对用于印制导线14和（示范性的障碍结构8的）金属支柱的不同高度来结构化或者被施加。印制导线14在此能够拥有几纳米直到几微米之间的厚度并且（示范性的障碍结构8的）支柱能够拥有可能100μm以下的高度。对于所述层4的电接触结构5来说，能够考虑钎焊触头。如果想在电方面用化学上惰性的材料使金属电极钝化（作为示范性的钝化结构10），则为此比如能够对氧化铝进行气相喷镀。
通过将多个层4堆叠成具有尤其所限定的捕集横截面的“DEP堆栈”这种方式，能够获得类似的效应。
图10示意性地以透视图示出了另一个这里所介绍的装置1。在此统一地使用附图标记，因而能够全面地参照前面关于前面的附图的解释。
图10示范性地形象地说明了前面所提到的、作为“DEP堆栈”的实施方案。这换句话说尤其涉及如下一种装置1，对于该装置来说多个层4被堆叠。
层或者“DEP带”如前面所介绍的那样原则上能够以任意的宽度和长度并且因此个性化地制造成具有任意的直径、长度、宽度和高度的圆筒和堆栈。
这里所介绍的解决方案尤其具有以下优点中的一个或者多个优点：
·具有能精确地调整的尺寸和场强的各条微流体通道的高的并行化程度，所述高的并行化程度允许有效地利用介电泳的捕集体积；有效地被贯穿流过的横截面面积的提高或者流体通道中的相对的流速的降低能够以紧凑的形式来实现，其中微粒相对于电极保持最大间距；
·多方面的布局可行方案，因为设计参数有很大的选择可用（首先在所使用的DEP带的长度和宽度方面，所述长度和宽度能够容易地调整）；
·方法可能成本非常低廉，因为能考虑批量生产；
·原理能够相当容易地并且较好地集成到MEMS-或者微流体技术中；
·具有钝化的金属电极（可能在两侧并且在挤出的情况下）的可选的运行方案能够容易地实现：也以高的频率用较小的运行电压在比如没有由于化学反应引起的气泡形成的情况下产生高的场强梯度等等。

Claims (10)

1.用于介电泳地捕集微粒（2、3）的装置（1），至少包括一个或者多个层（4）以及电接触结构（5），其中所述层（4）分别具有层上侧面（6）、层下侧面（7）和障碍结构（8），其中所述障碍结构（8）能够由包括所述微粒（2、3）的流体贯穿流过，其中所述障碍结构（8）布置在所述层上侧面（6）上，并且其中所述障碍结构（8）将所述层上侧面（6）与同一个层（4）的或者所述层（4）中的另一个层的层下侧面（7）隔开。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述层（4）中的至少一个层被卷绕。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述层（4）如此被卷绕，从而在同一个层（4）的层上侧面（6）与层下侧面（7）之间形成流体通道（9），在该流体通道中布置有所述障碍结构（8）。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述层（4）中的多个层被堆叠。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述层（4）中的多个层如此被堆叠，从而在所述层（4）之一的层上侧面（6）与一个与其相邻的层（4）的层下侧面（7）之间形成流体通道（9），在该流体通道中布置有所述障碍结构（8）之一。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述障碍结构（8）是绝缘体结构。
7.根据权利要求1到4中任一项所述的装置，其中所述障碍结构（8）是电极结构。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，此外包括至少一个电钝化结构（10）或者电绝缘结构（11）。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，此外包括至少一个电极（12），所述电极至少部分地沿着所述层（4）之一延伸。
10.用于制造根据前述权利要求中任一项所述的装置的方法，至少包括提供层（4）中的一个或者多个层并且将所述层（4）中的至少一个层卷绕或者将所述层（4）中的多个层堆叠这些步骤。
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