CN116324161A - 微流体的处理装置和用于运行微流体的处理装置的方法 - Google Patents

微流体的处理装置和用于运行微流体的处理装置的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116324161A
CN116324161A CN202180070644.6A CN202180070644A CN116324161A CN 116324161 A CN116324161 A CN 116324161A CN 202180070644 A CN202180070644 A CN 202180070644A CN 116324161 A CN116324161 A CN 116324161A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pumping
channel
filter
branch
microfluidic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202180070644.6A
Other languages
English (en)
Inventor
D·S·珀德比尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of CN116324161A publication Critical patent/CN116324161A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502753—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by bulk separation arrangements on lab-on-a-chip devices, e.g. for filtration or centrifugation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502738—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by integrated valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B19/00—Machines or pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B17/00
    • F04B19/006—Micropumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/0009—Special features
    • F04B43/0054—Special features particularities of the flexible members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/04—Pumps having electric drive
    • F04B43/043—Micropumps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0684—Venting, avoiding backpressure, avoid gas bubbles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0681—Filter
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0893—Geometry, shape and general structure having a very large number of wells, microfabricated wells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0457—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces passive flow or gravitation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0475—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
    • B01L2400/0487—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure fluid pressure, pneumatics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
    • B01L7/52—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples
    • B01L7/525—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples with physical movement of samples between temperature zones

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于处理试样液体的微流体的处理装置(100)，其中所述微流体的处理装置(100)具有至少一个微流体通道系统(105)，所述微流体通道系统则具有至少一个过滤分支(125)和与所述过滤分支(125)并联连接的泵送分支(155)。此外，所述处理装置(100)具有至少一个布置在过滤分支(125)中的用于接纳过滤元件(135)的过滤室(130)，其中所述过滤分支(125)通过尤其T形的第一通道交叉元件与通道入口(110)流体地耦合或能够耦合并且通过尤其T形的第二通道交叉元件与通道出口(150)流体地耦合或能够耦合，并且其中所述过滤室(130)通过至少两个过滤阀(140a、140b)能够与所述通道系统(105)的其余部分流体地分开。此外，所述处理装置(100)具有布置在泵送分支(155)中的用于在通道系统(105)中建立流体流的泵送机构(157)，其中所述过滤分支(125)是所述通道系统(105)的一部分，其中所述泵送机构(157)包括至少一个泵送阀(165a)和至少一个泵送室(160a)，并且其中所述泵送分支(155)通过所述第一通道交叉元件的相较于过滤分支(125)不同的接头与所述通道入口(110)流体地耦合或能够耦合并且通过所述第二通道交叉元件的相较于过滤分支(125)不同的接头与所述通道出口(150)流体地耦合或能够耦合。

Description

微流体的处理装置和用于运行微流体的处理装置的方法
技术领域
本发明涉及一种根据独立权利要求的类型的用于处理试样液体的微流体的处理装置和一种用于运行微流体的处理装置的方法。一种计算机程序也是本发明的主题。
背景技术
微流体的分析系统、所谓的芯片实验室或简称LoCs允许自动化地、可靠地、快速地、紧凑地并且成本低廉地处理病人试样，以进行医学诊断。通过用于流体的受控的操纵的大量操作的组合，能够在芯片实验室-筒上实施复杂的分子诊断的测试流程。在此，从试样中、尤其从试样液体中提取组成部分诸如核酸是一项重要的操作。
发明内容
面临这个背景，用这里所介绍的方案来介绍按照独立权利要求所述的一种得到改进的用于处理试样液体的微流体的处理装置和一种得到改进的用于运行所述微流体的处理装置的方法、此外一种使用这种方法的控制设备以及最后介绍一种相应的计算机程序。通过在从属权利要求中所列举的措施，能够实现在独立权利要求中所说明的装置的有利的拓展方案和改进方案。
通过在这里所介绍的方案以及这里所介绍的处理装置的使用，有利地在对试样液体进行提纯时实现特别高的收益、也就是高的提取效率。所介绍的处理装置允许所述微流体通道的以及与微流体网络的必要的连接及接口的特别节省位置空间的布置，从而实现芯片实验室-筒的一种特别紧凑的实现方式。因此，比如通过材料使用量的减小尤其能够实现特别成本低廉的及节省资源的制造。
介绍一种用于处理试样液体的微流体的处理装置，其中所述微流体的处理装置具有至少一个微流体通道系统，所述微流体通道系统则具有至少一个过滤分支和与所述过滤分支并联连接的泵送分支。此外，所述处理装置具有至少一个布置在过滤分支中的用于接纳过滤元件的过滤室，其中所述过滤分支通过第一通道交叉元件与通道入口流体地耦合或能够耦合并且通过第二通道交叉元件与通道出口流体地耦合或能够耦合，并且其中所述过滤室能够通过至少两个过滤阀与所述通道系统的其余部分流体地分开。此外，所述处理装置具有布置在泵送分支中的用于在通道系统中建立流体流的泵送机构，其中所述泵送机构优选包括至少一个泵送阀和至少一个泵送室，并且其中所述泵送分支通过所述第一通道交叉元件的相较于过滤分支不同的接头与所述通道入口流体地耦合或能够耦合并且通过所述第二通道交叉元件的相较于过滤分支不同的接头与所述通道出口流体地耦合或能够耦合。所述第一通道交叉元件和/或第二通道交叉元件在优选的设计方案中能够T形地构成。换言之，所述通道交叉元件能够将分别三个通道在一个共同的点中流体地连接。作为替代方案，比如所述第一和/或第二通道交叉元件的十字形的设计方案也是可能的，也就是说能够是四个通道在一个点中的流体连接或者换言之两个通道在一个点中交叉并且在这个点中流体地连接。
所述微流体的处理装置具有以下优点，即：一方面所述过滤分支能够在打开过滤阀时尤其通过通道入口和通道出口被冲洗或者被用于从试样中提取组成部分，并且另一方面所述泵送分支能够在关闭过滤阀时尤其同样通过通道入口和通道出口同样被冲洗。此外，优选在使用布置在所述泵送分支中的泵送机构的情况下能够有利地通过所述过滤分支以及并行的泵送分支来进行共同冲洗。在此，也特别有利的是，所述共同冲洗能够作为环形的冲洗通过过滤分支和泵送分支经由通道交叉元件来进行。通过这种方式，比如能够进行提取、也就是试样的在所述试样中存在的组成部分在过滤元件上的富集，或者进行洗提、也就是之前在过滤元件上富集的试样组成部分的脱离。
所述微流体的处理装置由此能够有利地用于冲洗、尤其是清洗过滤元件、试样提纯或者在过滤元件上从试样中提取组成部分或者洗提、也就是使试样组成部分从过滤元件脱离、尤其用于在过滤元件上或者从过滤元件对核酸进行提纯和洗提。在此，能够尤其以用于试样的提纯的结合缓冲剂、洗涤缓冲剂或洗提缓冲剂来进行冲洗。所介绍的方案由此也包括一种用于运行微流体的处理装置的方法。优选能够如上所述通过通道入口、过滤元件和通道出口、也就是有利地通过具有较小的潜在的死点容积的较短的路径来进行所述冲洗，尤其用于过滤元件的清洗或洗涤。优选在此没有冲洗流体或者尤其在紧随此后的洗提中尽可能少的冲洗流体进入到所述泵送分支中，这能够通过在泵送分支中或者在通道交叉元件处使用一个或多个泵送阀以将泵送分支分开来得到支持，其中所述泵送分支比如具有与该泵送分支相比小的容积。在所述过滤元件处对于试样的提纯、也就是尤其在所述过滤元件处从试样中提取组成部分同样能够优选地通过通道入口、过滤元件和通道出口来进行，其中同样优选没有冲洗流体或者尽可能少的冲洗流体进入到所述泵送分支中。作为替代方案，所述试样能够通过环形的冲洗一次或多次经由泵送分支通过过滤分支经由过滤元件来冲洗，这支持了有效的提纯。随后，如已经解释的那样，能够用洗涤缓冲剂对所述过滤元件进行冲洗。能够优选在使用泵送分支的情况下、优选在使用泵送机构的情况下进行从过滤元件上洗提试样组成部分、尤其是核酸。这尤其是有利的，即：在所述泵送分支中对通过所述过滤元件来隔离的试样组成部分要进行进一步处理或分析、比如尤其在所述泵送分支中的优选可调温的泵送机构或泵送室中的一个或多个中通过聚合酶-链式反应或者等温扩增进行核酸的复制。
比如，所述处理装置能够具有30×30mm2至300×300mm2、优选50×50mm2至100×100mm2的侧向尺寸。所述处理装置比如能够是具有主动的或可致动的微流体元件、也就是具有微流体的阀及泵送室的聚合物筒，所述微流体的阀及泵送室能够分别引起将液体从所述处理装置的导引液体的结构的为此设置的部件中排出。比如，所述阀和泵送室能够以气动方式由为此设置的处理单元来操控，从而能够在所述聚合物筒中实现对于液体的全自动化的微流体处理。所述阀和泵送室在此能够通过至少一个柔性膜片来实现或遮盖，所述柔性膜片能够与另外的聚合物构件邻接，其中在所述另外的聚合物构件中的至少一个聚合物构件中能够存在导引液体的微流体结构。在此能够通过所述膜片的以气动方式引起的朝所述导引液体的微流体结构的为此而设置的并且有利地成形的子空间中的偏移通过将两个导引液体的结构分开来实现微流体的阀。微流体的泵送室能够类似于阀地同样地基于液体从处理装置的导引液体的结构的为此设置的区域中的排出。与阀不同，泵送室比如能够具有比阀大的容积并且比如用于暂时接纳所限定的液体量、尤其用于接纳微流体的流程步骤中待处理的液体的显著部分或几乎全部的量。
在此，比如微流体的泵送室能够以有利的方式结合两个包围泵送室的微流体的阀使用，以便实现一种也能够被称为泵送单元的泵送机构，所述泵送单元能够在尽可能紧凑的空间上实现在微流体的处理装置中建立尽可能大的流动速率。这比如能够通过由一个具有大排量的泵送室和两个具有小排量的阀来构造泵送机构这种方式来实现，其中所述泵送室用于泵送、也就是用于定向地排出液体，并且其中所述阀通过合适的致动模式仅仅用于确定并且建立泵送方向。有利的是，这种泵送机构的突出之处能够在于每个泵送步骤的大的泵送量并且在于用于实现泵送单元的小的位置空间需求以及脉动的、也就是在时间上剧烈变化的不稳定的流动速率分布。
为了尤其引起具有尽可能恒定的、较少变化的流动速率的泵送过程，比如通过至少三个相同类型的主动的微流体元件的蠕动的致动来提供蠕动的泵送，其中所述至少三个主动的微流体元件能够具有类似的容积并且具有几乎相同的容积。用三个相同类型的主动的微流体元件进行的蠕动的泵送能够在不取决于其排量相同的情况下实现、也就是说不仅通过使用能够具有小排量的微流体的阀或者又是在使用尤其能够具有较大排量的微流体的泵送室的情况下来实现。因此，关于蠕动的液体运送，“阀”与“泵送室”之间的概念上的区别失效。只有如所述处理装置的这里所介绍的变型方案一样存在所述微流体元件的多功能的使用，所述概念上的区分才有意义，即：存在微流体元件，其除了建立蠕动的液体运送之外主要用于控制在微流体的处理装置的内部的微流体流，因此在下面这被称为微流体的阀。存在微流体元件，其除了建立蠕动的液体运送之外主要用于产生微流体流并且用于在微流体的装置的内部暂时储存待处理的液体量的显著部分，因此在下面这被称为微流体的泵送室。根据微流体元件的所使用的功能进行有利的设计：微流体的阀且尤其微流体的控制阀或分离阀、也就是仅仅用于控制微流体流或用于分离导引液体的结构而不用于蠕动的液体运送的微流体的阀，其因此尤其具有尽可能小的排量，并且更确切地说一方面以便具有尽可能小的能够必要时在微流体的流程中被冲洗的液体量并且另一方面以便实现微流体装置的尽可能紧凑的实现方式。尤其能够用于以限定的方式储存并且测定液体的泵送室相反尤其具有预先给定的排量、比如20μl，该排量基本上相应于待处理的液体量或者至少相应于其显著的部分。
在这里所介绍的处理装置中，所述布置在过滤分支中的过滤室被构造用于接纳也能够被称为过滤器的过滤元件。在此，所述过滤室比如能够3μl至20μl、优选5μl至10μl的容积并且被两个具有比如80nl至1μl、优选100nl至300nl的排量的过滤阀所包围。通过这种方式，有利地产生所述过滤分支的尽可能小的容积，由此能够尤其在对于试样液体的提纯方面进行特别有效的微流体的处理。
所述过滤元件比如能够是可用于提取核酸的二氧化硅过滤器。比如能够在使用所述处理装置时将不同的缓冲溶液泵送经由过滤元件，用以比如能够用所谓的结合缓冲剂来实现核酸与二氧化硅过滤器的结合，或者用以用所谓的洗提缓冲剂来实现与二氧化硅过滤器结合的核酸的脱离，或者用以用所谓的洗涤缓冲剂在所述核酸的结合与脱离之间引起对于二氧化硅过滤器的冲洗。在此，所述处理装置有利地允许在使用具有仅仅小的死点量的过滤元件的情况下用于提纯试样液体的微流体的处理。所述试样液体比如能够是含水的溶液，其具有在其中所包含的试样材料、尤其具有比如从体液、涂片、分泌物、痰或组织试样中获取的来源于人的试样材料。在所述试样液体中待检测的指标尤其具有医学的、临床的、治疗的或诊断的意义并且比如能够是细菌、病毒、特定的细胞、像比如循环肿瘤细胞、无细胞的DNA或其它生物标志物。
比如，通过这里所介绍的所述微流体的处理装置的变型方案，能够减小可能非期望地进入到洗提缓冲剂中的洗涤缓冲剂的量。通过这种方式，能够在对试样液体进行提纯时实现特别高的效率。
因为除了所述过滤元件的特性、所使用的缓冲溶液的化学组成以及所述试样液体的及待提取的组成部分的特性之外，所述微流体的处理的方式和方法在提取效率方面起到决定性的作用，所以这里所介绍的处理装置有利地被构造用于实现对于试样或者试样液体的特别有效的提纯。为此，所述也能够被称为通道的通道系统比如能够以环或者回路的形式来成形，其中所述布置在通道系统中的过滤室、所述至少一个泵送室和所述不同的阀与通道系统流体地耦合或能够耦合。在此，所述布置在通道系统中的第一通道交叉元件优选T形地成形，其中所述通道入口、过滤分支和泵送分支分别被连接在第一通道交叉元件的另一个接头上并且由此彼此耦合或能够耦合。通过相同的方式，所述第二通道交叉元件也优选T形地成形并且形成在通道出口、过滤分支与泵送分支之间的连接，所述通道出口、过滤分支和泵送分支同样分别被连接在第二通道交叉元件的另一个接头上。所述通道系统中的微流体通道的横截面面积以及与通道系统的连接点的横截面面积比如能够为0.2×0.2mm2至2×2mm2、优选为0.3×0.3mm2至0.8×0.8mm2。
所述处理装置能够有利地成本低廉地由聚合物材料、像比如聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、环烯烃-共聚物(COP、COC)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、比如通过使用高生产量技术、比如注塑、热成形或冲压来制成，其中所述处理装置比如能够借助于激光透射焊接来获得。在所述微流体的处理装置的内部的液体运送能够通过特别简单的方式通过柔性的聚合物膜片朝刚硬的聚合物构件的导引流体的空隙中的偏移来实现，使得能够实现通过将不同的压力水平施用到处理装置的气动接口上来将液体在所述微流体的处理装置内部受控地排出。作为柔性的膜片，比如能够使用热塑性的弹性体(TPE)、比如聚氨酯(TPU)或苯乙烯嵌段共聚物(TPS)。能够比如通过冲压来进行所述柔性的膜片的微结构化。所述能够用于处理装置中的液体能够是比如含水的溶液或缓冲溶液以及比如用于对微穴腔进行密封的氟化的碳氢化合物、比如3M Fluorinert惰性液以及也比如用于在处理装置中制备多相体系的油，诸如矿物油、石蜡油或硅油。所述液体尤其能够在制造处理装置期间被引入、比如被灌入到处理装置中并且被围在试剂栓(Reagenzriegel)中，所述试剂栓比如允许将液体长期稳定地存放在所述处理装置中。
按照一种实施方式，所述泵送机构能够包括两个、尤其三个彼此相邻地成串地布置或连接的泵送室。比如能够涉及三个相同类型的、成串地布置在微流体通道上的泵送室，所述泵送室也能够被称为腔室。所述泵送室比如能够用于建立在通道系统中并且尤其穿过过滤室的流动并且能够分别被构造用于接纳限定的液体量。在此，所述泵送室能够通过两个将三个泵送室中的两个外部的泵送室包围的泵送阀与通道系统分开。有利的是，就这样能够将所限定的液体量在所述三个泵送室的内部、包括在腔室之间的连接通道在内来回泵送，而不与微流体网络的其余部分进行液体交换。此外，通过对于所述两个或者三个泵送室的合适地受控的致动，能够实现穿过所述微流体通道系统并且尤其穿过所述过滤室的液体运送，其中在泵送步骤中所运送的液体量能够相应于泵送室的排量。根据所选择的致动模式，所述微流体通道系统中的液体运送能够单向地或者双向地进行。
按照另一种实施方式，所述泵送机构能够包括另一泵送室，其中所述另一泵送室能够通过至少一个泵送阀与串联连接的泵送室分开或者能够分开。比如，所述另一泵送室能够与泵送机构的其余泵送室串联连接，其中所述另一泵送室比如能够通过两个微流体的泵送阀与通道系统分开。有利的是，所述另一泵送室能够结合其它泵送室被用于在微流体通道系统中进行得到优化的液体运送，其中所述在泵送步骤中所运送的液体量能够相应于两个泵送室的排量。通过这种方式，比如能够在洗提步骤的范围内借助于四个泵送室来实现泵送，其中洗提缓冲剂的经过处理的液体量能够基本上相应于两个泵送室的排量。紧接在洗提之后，而后比如能够在用于实施聚合酶链式反应的试剂与洗提物溶解之后而在三个通过两个阀来分开的并且分别经过合适调温的泵送室中实施扩增反应，其中在聚合酶链式反应中所使用的液体量基本上能够相应于一个泵送室的排量。随后又能够实现稀释和/或另外的试剂的添加，使得所述液体量又能够基本上相应于两个泵送室的排量。总之，这种实施方式具有以下优点，即：能够实现在实施比如用于实施分子诊断测试的微流体的流程时的高的灵活性。
有利的是，提供不同的泵送速率和流动速率分布，通过优化泵送速率、尤其是用于过滤元件或者流经过滤元件的液体流的处理的泵送速率能够改进提纯的效率。尤其能够根据所使用的过滤材料和缓冲溶液的组成来确定并且使用针对微流体的处理的经优化的泵送协议。通过特别小的流动速率，能够减小例如作用到存在于试样液体中的组成部分上的剪切力。
按照另一种实施方式，所述串联连接的泵送室中的每个泵送室与所述另一个泵送室能够具有基本上一样大的容积。比如一个泵送室的排量能够是10μl至50μl大、尤其是15μl至25μl大。在此，所述泵送室比如能够在5％的公差范围之内具有分别一样大的容积。与所述泵送室不同，所述泵送机构的泵送阀比如能够具有200nl至3μl、尤其是500nl至2μl的排量。有利的是，能够通过对于所述泵送室的合适地受控制的致动来促进蠕动的泵送过程，其中所述在泵送步骤中所运送的液体量能够相应于一个泵送室的排量。
有利的是，所述处理装置允许微流体地处理可变的液体量。通过组合泵送阀和泵送室、也就是具有至少两种彼此不同的排量的用于产生流动的微流体元件，比如不仅能够在使用泵送阀的情况下以小的流动速率进行特别小的并且可精确限定的液体量的特别精确的运送，而且能够在使用至少一个泵送室的情况下以较大的流动速率进行大的液体量的特别快速的运送。通过这种方式，这里所介绍的处理装置能够有利地尤其多方面地并且普遍地使用。
按照另一种实施方式，所述串联连接的泵送室中的至少两个泵送室能够分别可彼此独立地调温来构成。在此，比如能够借助于调温机构基本上彼此独立地将所述泵送室置于不同的温度上。比如能够将三个串联布置的泵送室中的第一泵送室置于在大约94至96℃之间、比如95℃的温度上，能够将第二泵送室置于在68至72℃之间、比如70℃的温度上，并且能够将第三泵送室置于在55至65℃之间、比如60℃的温度上。有利的是，由此能够在通过泵送阀隔开的并且基本上通过泵送室的大小来预先给定的液体量中通过在不同地调温的泵送室之间的来回泵送来进行比如聚合酶链式反应的实施。
按照另一种实施方式，所述处理装置能够具有与泵送分支流体地耦合或可耦合的通道系统扩展模块，其中所述通道系统扩展模块能够包括用于预存放试剂的至少一个预存放室并且作为补充方案或替代方案包括具有测评穴腔的至少一个测评室，用以对试样液体的试样组成部分进行测评。在使用外部的分析设备来分析测评穴腔时，能够在使用这里所介绍的处理装置的情况下提供测评信号。比如所述预存放室能够用于预存放干燥试剂。通过这种方式，比如能够在这个预存放室中预存放冻干物，所述冻干物也能够被称为小珠(Bead)并且所述冻干物被设置用于制备反应液体或反应混合物、比如用于实施聚合酶链式反应。比如紧接在试样的提纯之后，所述干燥试剂能够被所获取的洗提物的至少一部分溶解，以便制备反应液体，所述反应液体包含借助于过滤元件来提纯的试样材料并且而后比如在使用之前所描述由泵送室构成的布置结构的情况下能够用于尤其试样材料的组成部分、像比如特定的DNA序列的扩增，以便比如随后能够实现对于所述试样材料的这些组成部分的基于荧光或化学荧光的检测。在此，所述测评室比如能够包括带有由微穴腔构成的阵列的芯片并且构成用于对具有微穴腔的芯片进行微流体的处理的流动单元(Flusszelle)。所谓的阵列芯片比如能够基本上由硅构成、由硅板(“硅晶片”)通过光刻法、蚀刻、涂覆和分开来制成。在所述微穴腔中比如能够预存放指标所特有的试剂，所述试剂能够比如通过几何多路复用来检测液体中的不同指标，其中所述试剂比如能够借助于精细分散体系被引入到微穴腔中。因此，能够有利地在使用通道系统扩展模块的情况下在多种不同的特征方面研究试样液体。
按照另一种实施方式，所述预存放室能够借助于可用预存放阀来封闭的通道连接元件与泵送分支流体地耦合或能够耦合，并且所述测评室能够借助于可用测评阀来封闭的另一通道连接元件与泵送分支流体地耦合或能够耦合。比如，当在所述泵送分支的内部对试样液体进行处理时，所述预存放阀和测评阀能够被封闭。由此能够有利地将流程限制到通道系统的对流程来说必要的区域上。
按照另一种实施方式，所述泵送机构能够包括唯一的泵送室和至少三个泵送阀。比如所述三个泵送阀能够彼此独立地致动并且通过根据蠕动模式进行的致动被用于建立在微流体的通道系统中并且尤其在过滤室中的流动。因此，所述泵送机构能够有利地特别节省位置空间地来成形。
按照另一种实施方式，能够在所述通道入口与所述第一通道交叉元件之间布置入口阀并且作为补充方案或替代方案在所述通道出口与所述第二通道交叉元件之间布置出口阀。比如，不仅通过入口阀的使用而且通过出口阀的使用，能够使所述比如回路形地构成的微流体的系统的通道入口和通道出口、包括具有过滤元件的过滤室在内与微流体网络的其它部分分开。通过这种方式，能够有利地在所述微流体的通道系统的内部越过过滤室地实现回路内(im-Kreis)泵送，而不与所述微流体网络的其余部分进行液体交换。
此外，也如上所述，介绍一种用于运行前面所描述的微流体的处理装置的一种变型方案的方法。在此，所述方法包括将试样液体引入到微流体的处理装置中的步骤、通过过滤元件对在所述试样液体中存在的试样组成部分进行提取或提纯的步骤以及从过滤元件上洗提试样组成部分的步骤。“洗提”能够是指试样组成部分从过滤元件上的脱离。用这里所介绍的方案的这样的实施方式，可以在技术上容易地并且成本低廉地实现前面所提到的优点。
按照一种实施方式，所述方法能够具有紧接在引入步骤之后并且在提取步骤之前对试样液体的组成部分进行裂解的附加步骤，并且作为补充方案或替代方案具有紧接在提取步骤之后并且在洗提步骤之前洗涤过滤元件并且作为替代方案或补充方案洗涤过滤室的步骤。通过这样的实施方式，能够实现对于所述试样液体的分析的明显的改进。
此外，所述方法能够包括紧接在洗提步骤之后在使用试样组成部分的情况下借助于试剂的溶解来提供反应液体的附加步骤。作为补充方案或替代方案，所述方法能够具有实施扩增反应的附加步骤，并且作为补充方案或替代方案能够具有对反应液体进行等分的附加步骤，并且作为补充方案或替代方案能够具有实施检测反应的附加步骤，并且作为补充方案或替代方案能够具有对反应生成物进行测评的附加步骤。通过这样的实施方式，也能够实现对于所述试样液体的分析的明显的改进。
这种方法比如能够以软件或硬件的形式或以由软件和硬件构成的混合形式比如在控制设备中来实现。
此外，这里所介绍的方案提供一种控制设备，该控制设备被构造用于在相应的机构或单元中实施、操控或者实现这里所介绍的方法的一种变型方案的步骤。通过本发明的这种呈控制设备的形式的实施变型方案，本发明的任务能够快速并且有效地得到解决。
为此，所述控制设备能够具有用于处理信号或数据的至少一个计算单元、用于存储信号或数据的至少一个存储单元、相对于传感器或执行器的用于从传感器处读入传感器信号或者用于将控制信号输出给执行器的至少一个接口和/或用于读入或输出被嵌入到通信协议中的数据的至少一个通信接口。所述计算单元比如能够是信号处理器、微控制器等等，其中所述存储单元能够闪存存储器、EEPROM或磁性存储单元。所述通信接口能够被构造用于无线地和/或有线地读入或输出数据，其中能够读入或输出有线数据的通信接口能够比如以电的或光学的方式从相应的数据传输线中读入这些数据或者将这些数据输出到相应的数据传输线中。
“控制设备”在此能够是指电设备，所述电设备处理传感器信号并且据此输出控制信号和/或数据信号。所述控制设备能够具有接口，所述接口能够按照硬件并且/或者按照软件来构成。在按照硬件构成时，所述接口比如能够是所谓的系统ASIC的一部分，其包含所述控制设备的各种功能。但是也可能的是，所述接口是自身的集成电路或者至少部分地由分立的结构元件所构成。在按照软件构成时，所述接口能够是软件模块，所述软件模块比如在其它软件模块旁边处于微控制器上。
也有利的是一种具有程序代码的计算机程序产品或计算机程序，所述程序代码能够被存储在可机读的载体或存储介质、像比如半导体存储器、硬盘存储器或光学存储器上并且尤其在所述程序产品或程序在计算机或装置上被执行时被用于实施、实现并且/或者操控根据前面所描述的实施方式之一所述的方法的步骤。
附图说明
这里所介绍的方案的实施例在附图中示出并且在以下描述中进行详细解释。其中：
图1示出了处理装置的一种实施例的示意图；
图2示出了处理装置的一种实施例的示意性的俯视图；
图3示出了具有通道系统扩展模块的处理装置的一种实施例的示意图；
图4示出了具有通道系统扩展模块的处理装置的一种实施例的示意性的俯视图；
图5A示出了用于运行微流体的处理装置的方法的一种实施例的流程图；
图5B示出了用于运行按照这里所介绍的变型方案的微流体的处理装置的控制设备的方框图；
图6示出了用于运行微流体的处理装置的方法的一种实施例的流程图，所述方法具有附加的裂解步骤和附加的洗涤步骤；并且
图7示出了用于运行具有通道系统扩展模块的微流体的处理装置的方法的一种实施例的流程图。
具体实施方式
在以下对于本发明的有益的实施例的描述中，为在不同的附图中示出的并且起类似作用的元件使用相同的或类似的附图标记，其中放弃对于这些元件的重复描述。如果一种实施例包括第一特征与第二特征之间的“与/或”联结，那么这一点应该解读如下，即：所述实施例按照一种实施方式不仅具有所述第一特征而且具有所述第二特征并且按照另一种实施方式或是仅仅具有所述第一特征或是仅仅具有所述第二特征。
图1示出了处理装置100的一种实施例的示意图。在该实施例中，所述处理装置100以45×25mm2的侧向尺寸来制成。所述处理装置100在本实施例中包括微流体通道系统105，其用于接纳试样液体、也就是具有试样的组成部分的液体。所述通道系统105的横截面面积在本实施例中为0.4×0.6mm2。在另一种实施例中，所述通道系统以0.8×0.8mm2的横截面面积来成形。所述试样液体在本实施例中通过通道入口110被引入到处理装置100中，其中所述通道入口110形成与在本附图中未示出的微流体网络的连接点。在此，所述通道入口110能够借助于入口阀115与处理装置100的其余区域分开。所述入口阀115在本实施例中布置在通道入口110与第一通道交叉元件120之间，其中所述第一通道交叉元件120优选T形地成形。在所述通道入口110通过分离阀115与第一通道交叉元件120的接头流体地耦合时，所述第一通道交叉元件120的另一个接头则又与处理装置100的过滤分支125流体地耦合。所述过滤分支125包括过滤室130，在该过滤室中在本实施例中布置了过滤元件135，其中所述过滤室130能够用于提取试样组成部分，所述试样组成部分也能够被称为试样的组成部分。在所述过滤室130与所述第一通道交叉元件125之间布置了第一过滤阀140a。此外，在所述过滤室130与第二通道交叉元件145之间布置了第二过滤阀140b。借助于所述第一过滤阀140a和第二过滤阀140b，所述过滤室130能够与处理装置100的其余区域分开。换言之，所述两个也能够被称为微流体的开关阀的过滤阀140a、140b在微流体通道上在过滤室130的尽可能紧挨着的环境中布置在过滤室130的两侧上，从而通过所述两个过滤阀140a、140b的关闭能够将所述过滤室130与所述通道分开。在本实施例中，所述过滤阀140a、140b具有特别小的体积，以用于使围绕着过滤室130的空间最小化。在此，所述过滤阀140a、140b仅仅示例性地串联连接(gleichschalten)，使得它们能够共同通过刚好一个气动的控制通道来致动。
因此，所述处理装置100的突出之处在于用于对试样液体进行基于过滤器的提纯的微流体元件的特别有利的布置和设计方案、尤其在于实现尤其回路形地构造的微流体通道系统105，所述微流体通道系统包括带有过滤元件135的过滤室130，其中所述过滤室130能够通过两个微流体的过滤阀140a、140b与微流体通道系统105的其余部分流体密封地分开。在此，所述两个微流体的过滤阀140a、140b尤其一起被致动，以用于实现特别简单的并且能紧凑地实现的气动操控。此外，所述处理装置100具有两个优选T形的通道交叉元件120、145，它们布置在所述两个将过滤室130包围的也能够被称为分离阀的过滤阀140a、140b的尽可能紧挨着的环境中并且形成与微流体通道系统105的刚好两个微流体连接点，从而尤其在所述将过滤室130包围的过滤阀140a、140b关闭时能够通过所述连接点实现对于所述微流体通道系统105的其余部分的冲洗。
在第二过滤阀140b打开时，所述过滤室130通过所述T形地成形的第二通道交叉元件145的接头与被连接在第二通道交叉元件145的另一接头上的通道出口150流体地耦合。在本实施例中，所述通道出口150形成与在附图中未出的捕集室的连接点，其中所述通道出口150能够用于在通过过滤元件135提取组成部分之后排出试样液体。在此，所述通道出口150与通道入口110完全一致地能够用出口阀152与处理装置100的其余区域分开。所述第一通道交叉元件120和第二通道交叉元件145两者也能够被称为通道交叉机构，它们与此相对应地包围过滤室130以及所述两个围绕着过滤室130布置的也能够被称为开关阀的过滤阀140a、140b。通过这种方式，产生所述过滤分支125的尽可能小的体积，由此尤其在试样液体的提纯方面能够进行特别有效的微流体的处理。
具有泵送机构157的泵送分支155与所述过滤分支125并联连接，其中所述泵送分支155通过所述第一通道交叉元件120的另一个接头作为过滤分支125与通道入口110流体地耦合并且通过第二通道交叉元件145的另一个接头作为过滤分支125与通道出口150流体地耦合。在本实施例中，所述过滤分支125和泵送分支155通过穿过通道系统105的连接形成可回路形地封闭的系统。在本实施方式中，所述泵送分支155一方面具有至少两个、这里刚好三个泵送室160a、160b、160c，它们直接彼此邻接。所述泵送室160a、160b、160c在本实施例中成串地沿着微流体通道系统105来布置并且由此串联地连接并且差不多具有相同的容积。仅仅示例性的是，它们能够通过两个将所述三个泵送室160a、160b、160c包围的微流体的泵送阀165a、165b与处理装置100的其余区域流体地分开。
所述在回路形地成形的微流体通道系统105上的由泵送室160a、160b、160c和泵送阀165a、165b构成的串形的布置结构能够实现蠕动的泵送过程，其能够用于通过过滤室130并且在微流体通道系统105的内部运送液体。在此，所述泵送室160a、160b、160c在本实施例中还能够单个地、也就是基本上彼此独立地调温。通过这种方式，所述三个泵送室160a、160b、160c能够除了受控地接纳试样液体并且在通道系统105中产生微流体流之外尤其在使用具有过滤元件135的过滤室130对试样液体进行提纯的范围内被用于例如实施聚合酶链式反应。紧接在所述试样液体的提纯之后，所述泵送室160a、160b、160c能够因此同样实现在处理装置100中所提纯的试样材料的扩增。
另一方面，这种实施方式具有另一个泵送室170，其中所述串联连接的泵送室160a、160b、160c中的每个泵送室和另-个泵送室170具有基本上一样大的容积，从而总共存在四个相同类型的泵送室160a、160b、160c、170。通过这种方式，能够对以下液体量进行特别灵活的处理，所述液体量基本上相应于所述泵送室160a、160b、160c、170中的直至两个的排量，从而能够实现以有利的方式在处理装置100的内部实施测试流程的不同步骤。在本实施例中，所述另一个泵送室170也能够通过两个另外的泵送阀175a、175b与处理装置100的其余区域分开。在此，不仅所述泵送阀165a、165b而且所述另外的泵送阀175a、175b除了分开功能之外也被设计用作蠕动的泵送阀，因此它们具有比所述主要为了将过滤室130与处理装置100的其余区域分开而构造的第一过滤阀140a和所述第二过滤阀140b更大的排量。
图2示出了处理装置100的一种实施例的示意性的俯视图。在此该处理装置能够是在图1中所描绘的处理装置。
在本实施例中，所述处理装置100基于柔性的微结构化的聚合物膜片，该聚合物膜片借助于也能够被称为激光透射焊接的激光焊接与两个微结构化的聚合物构件已经尤其部分面状地焊接在一起。在刚硬的聚合物构件中尤其存在导引液体的空隙，所述空隙实现了所述通道系统105的微流体通道、所述泵送室160a、160b、160c、另一泵送室170、泵送阀165a、165b、另外的泵送阀175a、175b、过滤阀140a、140b、入口阀115和出口阀152。此外，所述构件中的至少一个构件尤其拥有气动通道210，所述气动通道用于操控主动的微流体元件、尤其是泵送室和阀。在本实施例中通过所述弹性膜片的基于压力的局部限定的朝聚合物构件的形成阀和泵送室的空隙中的偏移来进行对于所述微流体元件的操控。为了操控微流体元件，使用至少两种压力水平。尤其所述压力水平的操控和提供通过外部的处理单元来进行，所述外部的处理单元具有与处理装置100的气动接口205。仅仅示例性的是，所述接口205在本附图中布置在插图的左边缘处。所述用于操控微流体元件的气动通道210在本附图中用红色示出。所述通道系统105的微流体通道和所述过滤室130用蓝色示出，所述可气动操控的微流体元件如气动通道210一样用红色示出。
图3示出了具有通道系统扩展模块300的处理装置100的一种实施例的示意图。在此这能够是在前面附图中所描绘的处理装置。
在本实施方式中，所述成串地布置的泵送室160a、160b、160c能够借助于未示出的调温机构来彼此独立地调温。仅仅示例性的是，所述三个泵送室中的第一泵送室160a被置于95℃的温度上，第二泵送室160b被置于70℃的温度上，并且所述三个泵送室中的第三泵送室160c则被置于60℃的温度上。通过这种方式，能够实现在周期性地在所述三个泵送室160a、160b、160c之间被来回泵送的液体量之内实施聚合酶链式反应。在此，在本实施例中，所述由泵送室160a、160b、160c构成的串列能够通过两个微流体的泵送阀165a、165b与微流体通道系统105分开。通过这种方式，能够在所述三个泵送室160a、160b、160c中对液体塞(Flüüssigkeits-Plugs)进行特别有效的来回泵送和调温，其中借助于微流体的泵送阀165a、165b通过分开由三个泵送室160a、160b、160c构成的单元防止液体损失并且在对液体量进行热处理和微流体处理时最小化与所述泵送室160a、160b、160c邻接的死点容积。
在本实施例中，所述泵送分支155通过额外的优选T形的通道交叉元件305与预存放室310流体地耦合。仅仅示例性的是，所述预存放室310用于预存放冻干的试剂。在所述额外的通道交叉元件305与所述预存放室310之间，在通道连接元件315处布置了预存放阀320，其中所述预存放阀320被构造用于将预存放室310与泵送分支155分开。由此，在本实施例中，所述通道连接元件315建立泵送分支155与微流体的预存放室310之间的可用预存放阀320来封闭的连接，所述微流体的预存放室包括至少一种预存放的试剂318、尤其是所谓的小珠，其也能够被称为冻干物并且其能够在使用洗提物也就是以下液体的情况下用于提供反应液体，所述液体在使用处理装置100及在图1中所描绘的过滤元件135的情况下从试样液体的提纯中获取。换言之，借助于之前从提纯中获取的洗提物通过所述小珠在微流体的预存放室310中的溶解来提供也能够被称为反应混合物的反应液体。所述预存放室310仅仅示例性地可气动地致动并且由此与其余的泵送室160a、160b、160c相类似，以用于用预存放室310来同样提供泵送作用。
在本实施例中，所述微流体通道系统105在额外的通道交叉元件305与另一泵送阀175a之间具有另一优选T形的通道交叉元件325，该通道交叉元件则具有进一步延伸的另一通道连接元件327，通过所述另一通道连接元件所述泵送分支155与测评室330流体地耦合。在此，所述另一通道连接元件327能够用测评阀335来封闭。所述也能够被称为阵列室的测评室330在本实施例中包括芯片，该芯片具有由也能够被称为微穴腔的测评穴腔345构成的阵列。在所述测评穴腔345中，仅仅示例性地预存放了指标所特有的试剂，所述试剂能够通过几何多路复用来实现对于液体中的不同指标的检测。通过这种方式，在使用所述通道系统扩展模块300的情况下，能够研究试样的多种不同的特征。所述尤其为借助于蠕动的泵送对测评室330进行微流体的处理而设置的微流体的阀347a、347b仅仅示例性地具有为此合适地设计的排量。在本实施例中，所述微流体的阀347a、347b的排量超过用于在泵送分支155中进行蠕动泵送的泵送阀165a、165b的容积。通过这种方式，可以用所述阀347a、347b产生较高的流动速率，而所述泵送阀165a、165b则具有较小的位置空间需求并且因此允许尽可能紧凑地实现所述装置。此外，本实施例额外地包括通往也能够被称为小珠室的另一预存放室350的入口，在所述小珠室中存在另一种冻干的试剂358，其仅仅示例性地能够用于在具有测评穴腔345的芯片中制备用于多重检测的反应液体。换言之，本实施例具有额外的微流体元件，所述微流体元件尤其能够用于对借助于处理装置100来提纯的试样材料进行深入的试样分析。除了用于预存放另外的干燥试剂、比如用来实施另外的检测和/或扩增反应的组成部分的另外的腔室的集成之外，所述处理装置100在本实施例中拥有用于对经处理的试样液体进行等分或者分隔的单元。以特别有利的方式，能够通过将另外的干燥试剂预存放在测评穴腔345中用于等分成单个的等分试样而实施彼此独立的不同的检测反应，用以应对试样液体中的不同的指标。通过这种也能够被称为几何多路复用的方式，能够就多种不同的特征的存在对试样液体进行研究。在另一种实施例中，所述具有测评穴腔345的芯片允许微流体地产生经处理的试样液体的特别高数量的等分试样、尤其是1000以上的小分量。通过这种方式，能够实现数字的试样分析。由此，比如能够对一开始在试样液体中所呈现的指标的副本数量以绝对的精度进行量化。
图4示出了具有通道系统扩展模块300的处理装置100的一种实施例的示意性的俯视图。在此，这能够是在前面的附图中所描绘的处理装置和在图3中所描绘的通道系统扩展模块。
在本实施例中，所述处理装置100包括预存放室310、另一预存放室350以及测评室330，该测评室被设置用于接纳并且微流体地处理具有测评穴腔345的芯片。
在本实施例中，所述微流体的处理装置100相对于重力场的作用方向以大约30°的角度倾斜。在另一种实施例中，所述处理装置100以预先给定的处于0°与45°之间的角度范围相对于具有大约9.81m/s2的重力加速度的地球重力场的场力线来定向。因此，在所述预存放室310和与其邻接的微流体通道在处理装置100中合适地定向的情况下，实现的是，在溶解试剂时形成的气泡在重力驱动下通过由于相对于周围的液体的密度差而作用到气泡上的浮力被排出，而所述反应液体则能够无气泡地继续使用。随后，所述反应液体比如能够用于在处理装置100中实施聚合酶链式反应，以便扩增洗提物的组成部分，所述洗提物仅仅示例性地是特定的预先给定的核酸序列，并且由此供紧随此后的检测反应所用。紧随此后的检测反应在本实施例中是扩增反应，以阵列格式来实施所述扩增反应，以便根据荧光信号来检测不同的指标。在另一种实施例中，随后的检测反应是杂交反应，以阵列格式来实施所述杂交反应，以便根据生物荧光信号来探测不同的指标。
图5A示出了用于运行微流体的处理装置的方法500的一种实施例的流程图。在此，这能够是在前面的附图中所描绘的处理装置。
所述方法500在此包括将试样液体引入到微流体的处理装置的步骤505。此外，所述方法500包括通过过滤元件来提取在试样液体中存在的试样组成部分的步骤510，其中进行在所述试样液体中存在的组成部分与所述处于过滤室中的过滤元件的结合，所述组成部分在本实施例中是核酸。为了改进或为了实现所述组成部分与过滤器的结合，这个步骤仅仅示例性地在泵送结合缓冲剂的情况下进行。如上所述，所述提取以及可选的随后的过滤元件的洗涤步骤能够通过通道入口110、过滤分支125和通道出口150来进行，其中尤其通过泵送阀165a、165b的关闭并且优选也在另外的泵送阀175a、175b的关闭的情况下没有流体或者尽可能少的流体被引导到所述泵送分支155中。此外，所述方法500具有从过滤元件上对试样组成部分进行洗提的步骤515。在此，与过滤器结合的试样组成部分松脱。在此能够如上所述尤其在关闭入口阀115和出口阀152时并且在打开泵送阀165a、165b以及(如果存在)优选另外的泵送阀175a、175b时经由通过泵送分支155和过滤分支125进行的冲洗、在特殊的设计方案中经由多次的、环形的冲洗来进行所述洗提。仅仅示例性的是，这在使用洗提缓冲剂的情况下进行，在松脱之后所述组成部分存在于所述洗提缓冲剂中。在另一种实施例中，在真正的洗提之前，在借助于微流体的过滤阀将过滤室分开的情况下用洗提缓冲剂对所述微流体通道进行冲洗，以便去除结合缓冲剂及洗涤缓冲剂的残余部分。
图5B示出了控制设备550的一种实施例的方框图，所述控制设备用于运行按照在这里所介绍的变型方案的微流体的处理装置。所述控制设备包括用于操控试样液体到微流体的处理装置中的引入的单元555。此外，所述控制设备550包括用于操控试样液体中存在的试样组成部分的通过过滤元件的提取的单元560以及用于操控试样组成部分从过滤元件上的洗提的单元565。
图6示出了用于运行微流体的处理装置的方法500的一种实施例的流程图，所述方法具有附加的裂解步骤600和附加的洗涤步骤605。在此这能够是在图5中所描绘的方法。
在本实施例中，紧接在引入步骤505之后并且在提取步骤510之前进行对试样液体进行裂解的步骤600，在该步骤中实施在试样液体中存在的组成部分、像比如细菌或细胞的裂解。所述裂解仅仅示例性地通过将裂解缓冲剂添加到试样液体中这种方式来进行，其中所述与试样液体混合的裂解缓冲剂随后能够在提取步骤510中尤其在第一泵送阀165a关闭且另外的第一泵送阀175a关闭的情况下通过通道入口110、过滤分支125和通道出口150来导引，并且在此能够进行在裂解时所释放的试样组成部分、像比如核酸在过滤元件上的富集。在另一种实施例中，所述裂解通过超声波的作用来进行。附加地，所述方法500在本实施例中紧接在提取步骤510之后并且在洗提步骤515之前具有对过滤元件及过滤室进行洗涤的步骤605，其中所述洗涤步骤605如关于图5上面所描述的那样能够在通道入口110-过滤分支125-通道出口150的较短路径的范围内进行。在洗涤步骤605中尤其去除结合缓冲剂的在过滤室的环境中存在的残余部分并且用洗涤缓冲剂来取代。
图7示出了用于运行具有通道系统扩展模块300的微流体的处理装置的方法500的一种实施例的流程图。在此这能够是在图5中并且在图6中所描绘的方法。
在本实施例中，所述方法500紧接在洗提步骤515之后具有借助于试剂的溶解在使用试样组成部分的情况下提供反应液体的附加步骤700。提供反应液体的步骤700也能够被称为小珠-溶解的步骤。在此，之前所获取的洗提物的至少一部分被转移到在图3中所描绘的预存放室中，以便溶解预存放在那里的试剂并且制备用于第一扩增反应的反应液体。
附加地，所述方法500在本实施例中具有实施扩增反应的步骤705。在此，所产生的反应液体仅仅示例性地在处理装置中在两个成串地布置的并且可通过泵送阀来分开的泵送室中、尤其在泵送分支155中的泵送室160a、160b、160c中的一个或多个泵送室中被周期性地调温到两种不同的温度水平上。在本实施例中，所述调温用于实施多重的聚合酶链式反应。
在另一种实施例中，在实施扩增反应的步骤705之后实施反应液体的稀释的步骤，所述反应液体包含来自扩增反应的反应产物。
此外可选的是，在另一种实施例中在实施扩增反应的步骤705之后进行调温的步骤，以便引起所述反应液体的组成部分的变性。此外可选的是，在另一种实施例中，在实施扩增反应的步骤705之后进行添加另外的试剂的步骤，所述另外的试剂比如以液态的或固态的、比如冻干的或经冻干的形式存在。
在本实施例中，在实施扩增反应的步骤705之后重复提供反应液体的步骤700。在此，使用经稀释的反应液体的一部分，其包含来自所述第一扩增反应的反应产物的一部分，以便由此在另一预存放室中溶解另外的小珠并且制备用于实施检测反应的反应液体。
此外，所述方法500在本实施例中包括对反应液体进行等分的附加步骤710。在此，将来自提供反应液体的步骤700的反应液体的一部分划分到至少两个反应隔间(Reaktionskompartimente)上。为了产生反应隔间，所述液体的一部分仅仅示例性地通过在图3中所描绘的测评室来转运到微穴腔中并且紧随此后通过将不可与反应液体混合的另一液体导入到测评室中这种方式来密封所述微穴腔，从而随后在所述微穴腔中存在由反应液体的部分或等分试样构成的彼此分开的微流体的反应隔间。在本实施例中，在各个微穴腔中预存放指标所特有的试剂，以便在存在不同指标方面对以等分的形式存在的液体进行研究。
在本实施例中，所述方法500另外具有尤其在测评室330中实施检测反应的步骤715。在此，所述检测反应仅仅示例性地是第二扩增反应、特别是聚合酶链式反应，其中对所述微穴腔和处于其中的微流体的反应隔间进行调温，以便能够在它们中实施另外的扩增反应。在另一种实施例中，所述检测反应是等温的扩增变型方案。
此外，所述方法500在本实施例中包括尤其在测评室330中对反应生成物进行测评的附加步骤720。所述测评仅仅示例性地在光学上通过对于荧光信号的测评来进行，所述荧光信号由在各个反应隔间中存在的探针分子所引起。基于所述信号，于是能够在存在不同的指标物质方面对所述试样液体进行研究。在另一种实施例中，与实施检测反应的步骤715并行地进行所述测评步骤720。
在所述方法500的其它实施方式中，各个步骤能够重复地执行、交换其顺序或者被省去。
换言之，这里所介绍的处理装置可以描述如下：
在前面的附图中所描绘的处理装置的突出之处尤其在于用于处理过滤元件的可调节的流动速率及泵送特征的特别高的可变性、尤其在于使用至少两种不同类型的用于产生流动的主动的微流体元件。也就是说，所述突出之处尤其在于如在前面的附图所描述的具有至少两个不同的流体排量的基于膜片的元件、尤其是合适地尺寸设计的泵送室和泵送阀。此外，所述处理装置具有微流体元件的合适的布置和数量，以便比如能够用至少三个元件来实现蠕动的泵送，其中在一个步骤中所运送的液体量相应于一个元件的排量，或者以便比如在使用四个相同元件的情况下实现单向的或双向的泵送，其中可运送的液体量相应于两个元件的排量。此外，对于在前面的附图中所描绘的处理装置来说，能够以微流体元件的可调整的致动频率及致动顺序来使用所述微流体元件的不同的致动流程，以便能够实现在微流体通道中并且尤其穿过具有过滤元件的过滤室的尤其双向的蠕动泵送或穿梭(Shuttle)泵送。此外，在前面的附图中所描绘的处理装置能够实现所述也能够被称为提纯单元的处理装置与微流体网络的特别有利的结合以及所述形成提纯单元的微流体元件的特别节省位置空间的布置和有效的以及多次的利用。尤其这能够通过将三个成串地布置的泵送室纳入到微流体通道系统中来实现，所述泵送室能够通过两个与所述三个泵送室中的两个外部的泵送室邻接的阀与微流体的通道系统及包围处理装置的微流体网络分开，并且所述泵送室能够尤其单个地、也就是基本上彼此独立地调温。通过这种方式，能够在合适地调温时使用三个被隔离的泵送室，以便将其中的液体塞周期性地置于不同的温度上并且比如在所述液体塞中实施聚合酶链式反应。
此外，在前面的附图中所描绘的处理装置尤其通过所述两个将具有过滤元件的过滤室包围的过滤阀及与其邻接的T形的通道交叉元件的在空间上尽可能紧挨着的布置和/或在那里存在的通道空间的最小化而具有小的死点容积、尤其是非期望地进入到洗提缓冲剂中的洗涤缓冲剂的死点量。
此外，所述在前面的附图中所描绘的处理装置的突出之处在于能够处理可变的液体量、尤其在于将总共四个泵送室纳入到提纯单元中，以便能够在所述提纯单元中处理基本上具有所述泵送室中的一个或两个泵送室的排量的液体塞。将待处理的试样液体量嵌入到不可混合的第二液相中的可行方案也能够有利于所述处理过程。

Claims (15)

1.一种用于处理试样液体的微流体的处理装置(100)，其中所述微流体的处理装置(100)具有以下特征：
至少一个微流体通道系统(105)，所述微流体通道系统具有至少一个过滤分支(125)和与所述过滤分支(125)并联连接的泵送分支(155)；
至少一个布置在所述过滤分支(125)中的用于接纳过滤元件(135)的过滤室(130)，其中所述过滤分支(125)通过尤其T形的第一通道交叉元件(120)与通道入口(110)流体地耦合或能够耦合并且通过尤其T形的第二通道交叉元件(145)与通道出口(150)流体地耦合或能够耦合，并且其中所述过滤室(130)通过至少两个过滤阀(140a、140b)能够与所述通道系统(105)的其余部分流体地分开；
布置在所述泵送分支(155)中的用于在所述通道系统(105)中建立流体流的泵送机构(157)，其中所述泵送机构(157)包括至少一个泵送阀(165a)和/或至少一个泵送室(160a)，并且其中所述泵送分支(155)通过所述第一通道交叉元件(120)的相较于所述过滤分支(125)不同的接头与所述通道入口(110)流体地耦合或能够耦合并且通过所述第二通道交叉元件(145)的相较于所述过滤分支(125)不同的接头与所述通道出口(150)流体地耦合或能够耦合。
2.根据权利要求1所述的处理装置(100)，其中所述泵送机构(157)包括两个、尤其三个彼此相邻地成串地布置或连接的泵送室(160a、160b、160c)。
3.根据权利要求2所述的处理装置(100)，其中所述泵送机构(157)包括另一泵送室(170)，其中所述另一泵送室(170)通过至少一个泵送阀(175a)与串联连接的泵送室(160a、160b、160c)分开或能够分开。
4.根据权利要求2或3所述的处理装置(100)，其中串联连接的泵送室(160a、160b、160c)中的每个泵送室以及所述另一泵送室(170)具有基本上一样大的容积。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的处理装置(100)，其中串联连接的泵送室(160a、160b、160c)中的至少两个泵送室以能彼此独立地调温的方式来构成。
6.根据前述权利要求中任一项所述的处理装置(100)，具有与所述泵送分支(155)流体地耦合或能耦合的通道系统扩展模块(300)，其中所述通道系统扩展模块(300)包括用于预存放试剂的至少一个预存放室(310)和/或带有测评穴腔(345)的至少一个测评室(330)，用以对试样液体的试样组成部分进行测评。
7.根据权利要求6所述的处理装置(100)，其中所述预存放室(310)借助于能用预存放阀(320)封闭的通道连接元件(315)与所述泵送分支(155)流体地耦合或能够耦合，并且其中所述测评室(330)借助于能用测评阀(335)来封闭的另一通道连接元件(327)与所述泵送分支(155)流体地耦合或能够耦合。
8.根据前述权利要求中任一项所述的处理装置(100)，其中所述泵送机构(157)包括唯一的泵送室(160a)和至少三个泵送阀(165a、165b、175a、175b)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的处理装置(100)，其中在所述通道入口(110)与所述第一通道交叉元件(120)之间布置了入口阀(115)并且/或者在所述通道出口(150)与所述第二通道交叉元件(145)之间布置了出口阀(152)。
10.一种用于运行根据前述权利要求中任一项所述的微流体的处理装置(100)的方法(500)，其中所述方法(500)包括以下步骤：
将试样液体引入(505)到所述微流体的处理装置(100)中；
通过过滤元件(135)来提取(510)在所述试样液体中存在的试样组成部分；并且
从所述过滤元件(135)上洗提(515)试样组成部分。
11.根据权利要求10所述的方法(500)，具有紧接在引入步骤(505)之后并且在提取步骤(510)之前的对试样液体进行裂解的附加步骤(600)，并且/或者具有紧接在提取步骤(510)之后并且在洗提步骤(515)之前的对所述过滤元件(135)和过滤室(130)洗涤的附加步骤(605)。
12.根据权利要求10或11中任一项所述的方法(500)，具有紧接在洗提步骤(515)之后借助于试剂的溶解在使用试样组成部分的情况下来提供反应液体的附加步骤(700)，并且/或者具有实施扩增反应的附加步骤(705)和/或对所述反应液体进行等分的附加步骤(710)和/或实施检测反应的附加步骤(715)和/或对反应生成物进行测评的附加步骤(720)。
13.一种控制设备(550)，所述控制设备被设立用于在相应的单元(550、560、565)中执行并且/或者操控根据前述权利要求中任一项所述的方法(500)的步骤(505、510、515)。
14.一种计算机程序，所述计算机程序被设立用于执行并且/或者操控根据前述权利要求中任一项所述的方法(500)的步骤。
15.一种能机读的存储介质，在其上面存储有根据权利要求14所述的计算机程序。
CN202180070644.6A 2020-08-17 2021-07-28 微流体的处理装置和用于运行微流体的处理装置的方法 Pending CN116324161A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020210416.6A DE102020210416A1 (de) 2020-08-17 2020-08-17 Mikrofluidische Aufbereitungsvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer mikrofluidischen Aufbereitungsvorrichtung
DE102020210416.6 2020-08-17
PCT/EP2021/071095 WO2022037913A1 (de) 2020-08-17 2021-07-28 Mikrofluidische aufbereitungsvorrichtung und verfahren zum betreiben einer mikrofluidischen aufbereitungsvorrichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116324161A true CN116324161A (zh) 2023-06-23

Family

ID=77447859

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180070644.6A Pending CN116324161A (zh) 2020-08-17 2021-07-28 微流体的处理装置和用于运行微流体的处理装置的方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230294096A1 (zh)
EP (1) EP4196271A1 (zh)
CN (1) CN116324161A (zh)
DE (1) DE102020210416A1 (zh)
WO (1) WO2022037913A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022202864A1 (de) 2022-03-24 2023-09-28 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Mikrofluidische Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer mikrofluidischen Vorrichtung

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015138696A1 (en) * 2014-03-13 2015-09-17 Genapsys, Inc. Microfluidic devices, systems and methods for sample preparation and analysis
DE102014206140A1 (de) * 2014-04-01 2015-10-01 Robert Bosch Gmbh Mikrofluidische Vorrichtung und Verfahren zum Analysieren einer Probe biologischen Materials
CN109070077B (zh) 2016-04-28 2022-04-01 惠普发展公司，有限责任合伙企业 微流体过滤
WO2017213080A1 (ja) * 2016-06-06 2017-12-14 株式会社ニコン 流体デバイス、システム、試料物質の検出方法および試料物質の精製方法
DE102016222032A1 (de) 2016-11-10 2018-05-17 Robert Bosch Gmbh Mikrofluidische Vorrichtung und Verfahren zur Analyse von Nukleinsäuren

Also Published As

Publication number Publication date
EP4196271A1 (de) 2023-06-21
DE102020210416A1 (de) 2022-02-17
WO2022037913A1 (de) 2022-02-24
US20230294096A1 (en) 2023-09-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101990516B (zh) 多用试样准备系统及其在集成分析系统中的使用
ES2862224T3 (es) Preparación de muestras para tipos de muestra difíciles
EP3117221B1 (en) Microfluidic devices and methods for sample preparation and analysis
RU2432205C2 (ru) Картридж, система и способ автоматизированной медицинской диагностики
CN107099445B (zh) 具有集成传送模块的测试盒
KR101951906B1 (ko) 샘플 투입 및 결과 발생 처리를 제공하기 위한 단일한 바이오칩 및 이의 제조 방법
JP5782384B2 (ja) 未処理試料から核酸を単離するための自己完結型装置および精製方法
US20160375438A1 (en) Microfluidic cartridge for molecular diagnosis, docking station using a microfluidic cartridge, and process for analyzing a biological sample
WO2016065300A1 (en) Microfluidic cartridge
JP2010529839A (ja) 細胞溶解および核酸抽出を行うためのデバイス
US20090035746A1 (en) Device and Method for Preparing a Sample for an Analysis and Device and Method for Analyzing a Sample
EP2606154A2 (en) Integrated analysis system
US20080264842A1 (en) Disposable micropurification cards, methods, and systems thereof
JP2011234728A (ja) 病原体の検出および分析のための方法および装置
US20110207619A1 (en) Arrangement for processing a plurality of samples for analysis
MXPA06008469A (es) Sistema diagnostico para llevar a cabo una amplificacion de la secuencia de acidos nucleicos y proceso de la deteccion.
US20100256350A1 (en) Microfluidic apparatus for separating target substance and method of purifying the target substance from sample
CN114269477A (zh) 处理和等分试样液体的微流体设备、运行微流体设备的方法和控制器及分析试样液体的微流体系统
AU2017235971B2 (en) Nucleic Acid Purification
WO2014065758A1 (en) A method of isolating nucleic acids in an aqueous sample using microfluidic device
CN116324161A (zh) 微流体的处理装置和用于运行微流体的处理装置的方法
CN114182000B (zh) 一种基于crispr技术的一体化核酸检测芯片及方法
US20160186167A1 (en) Method and Device for Processing a Sample of Biological Material Containing Target Cells and Companion Cells in Order to Extract Nucleic Acids of the Target Cells
EP3880791A1 (en) Microfluidic reaction chamber for amplification of nucleic acids
CN110339880B (zh) 基于相变阀的试剂顺序加载方法、装置及微流控系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination