DE10120035A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Manipulation kleiner Flüssigkeitsmengen auf Oberflächen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Manipulation kleiner Flüssigkeitsmengen auf OberflächenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Manipulation kleiner Flüssigkeitsmengen auf Oberflächen, vorzugsweise auf Chipoberflächen. Erfindungsgemäß wird eine durch ihre Oberflächenspannung zusammenhaltene Flüssigkeitsmenge auf einen Bereich einer Oberfläche mit zumindest einem Zwischenbereich gebracht, der zumindest in einer lateralen Raumrichtung an einen Führungsstreifen angrenzt. Erfindungsgemäß haben entweder die Führungsstreifen gegenüber dem Zwischenbereich derartig unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheit, daß sie von einer Flüssigkeit stärker benetzt werden, oder der Zwischenbereich ist gegenüber den Führungsstreifen erhaben, wobei die Höhe der Stufe klein gegenüber der Höhe der Flüssigkeitsmenge ist.
Description
Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Manipulation kleiner Flüssig
keitsmengen auf Oberflächen, vorzugsweise Chipoberflächen.
Der Begriff Flüssigkeit umfaßt im vorliegenden Text unter anderem reine Flüssig
keiten, Mischungen, Dispersionen und Suspensionen, sowie Flüssigkeiten, in de
nen sich feste Teilchen, z. B. biologisches Material, befinden.
Bei der in jüngster Zeit im Blickpunkt stehenden "Lab-on-a-chip"-Technologie ist es
wünschenswert, eine definierte kleine Flüssigkeitsmenge zu einem definierten
Analyse- oder Synthesepunkt auf dem Chip zu bewegen. Die Flüssigkeitsmengen
sind dabei z. B. im Pikoliter- bis Milliliterbereich. Die Analysestellen haben oftmals
nur eine Ausdehnung von wenigen Mikrometern oder weniger auf Chips in der
Größenordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen.
Die Analyse derartig kleiner Flüssigkeitsmengen wird bereits heute zur Analytik in
der Biologie eingesetzt (Anne Y. Fu et al., Nature Biotechnology 17, Seite 1109 ff.
(1999)). Diese Verfahren werden u. a. für anorganische Reagenzien oder organi
sches Material, wie Zellen, Moleküle, Makromoleküle oder genetische Materialien,
ggf. in Pufferlösungen eingesetzt.
Dabei wird die Bewegung und die Reaktion definierter Volumina kleiner Flüssig
keitsmengen mittels mikrostrukturierter Kanäle realisiert (z. B. O. Müller, Laborwelt
1/2000, Seiten 36-38). Solche Kanäle werden z. B. in den Chip geätzt und sind
mehrere Mikrometer tief bzw. breit und im allgemeinen gedeckelt. Die Bewegung
erfolgt durch elektrokinetische (M. Köhler et al. Physikalische Blätter 56, Nr. 11,
Seiten 57-61), mechanische bzw. elektrische Pumpen oder Kapillarkräfte jeweils in
mikrostrukturierten Kanälen.
Hohe Pumpleistungen sind notwendig, um eine Flüssigkeit durch diese Kanäle zu
bewegen. Aufgrund der scharfen Kanten und engen Kanäle ist eine Reinigung nach
der Verwendung sehr erschwert.
Soll eine Flüssigkeit bzw. darin enthaltenes Material an einer bestimmten Fläche
untersucht werden, so wird oftmals eine chemisch, physikalisch und/oder biologisch
funktionalisierte Oberfläche eingesetzt. Um an einer gut lokalisierten Stelle eine
solche Analyse bzw. Synthese durchführen zu können, muß der funktionalisierte
Bereich sich innerhalb eines Kanales befinden und ist somit schwierig herzustellen.
Bei einer entsprechenden Funktionalisierung auf einer freien Oberfläche ohne Ka
nalbildung ist andererseits eine genaue Lokalisierung der Flüssigkeit während der
Analyse nicht gewährleistet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung an
zugeben, mit deren Hilfe eine Manipulation einer kleinen Flüssigkeitsmenge entlang
genau definierter Transportwege bzw. an definierten Analyse- bzw. Synthesepunk
ten möglich ist, wobei das Verfahren bzw. die Vorrichtung kostengünstig und ein
fach durchgeführt bzw. hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspuches 1, ei
nem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 3, einer Vorrichtung mit den
Merkmalen des Anspruches 19 bzw. einer Vorrichtung mit den Merkmalen des An
spruches 21 gelöst. Die jeweiligen Unteransprüche betreffen bevorzugte Aus
gestaltungen bzw. Ausführungsformen.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine kleine Flüssigkeitsmenge, die
durch ihre Oberflächenspannung zusammengehalten wird, auf einen Bereich einer
Oberfläche, z. B. einer Festkörperoberfläche, gebracht, der einen Zwischenbereich
und mindestens einen Führungsstreifen umfaßt. Der Zwischenbereich wird von
Führungsstreifen zumindest in einer Raumrichtung begrenzt. Die Oberflächenbe
schaffenheiten des zumindest einen Zwischenbereiches und der Führungsstreifen
sind dabei so gewählt, daß eine Oberfläche mit einer Oberflächenbeschaffenheit,
die der Oberflächenbeschaffenheit eines Führungsstreifen entspricht, stärker mit
der Flüssigkeitsmenge benetzt, als eine Oberfläche mit den Oberflächenbeschaf
fenheiten des Zwischenbereiches. Zwischen der Flüssigkeit und einem Führungs
streifen wird sich also ein flacherer Benetzungswinkel einstellen, als zwischen der
Flüssigkeit und dem Zwischenbereich. Die Flüssigkeit wird dabei derart auf die
Oberfläche aufgebracht, daß sie sowohl zumindest einen Führungsstreifen als auch
den Zwischenbereich berührt. Die dazu notwendige Menge kann z. B. in Vorversu
chen festgestellt oder durch sukzessives Aufbringen der Flüssigkeit erreicht wer
den.
Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zumindest ein entsprechend angeord
neter Führungsstreifen zur Begrenzung eines Zwischenbereiches mit den entspre
chenden Oberflächenbeschaffenheiten vorgesehen.
Die Flüssigkeitsmenge wird durch die Oberflächenspannung und durch die bevor
zugte Benetzung mit der Oberfläche zumindest eines Führungsstreifens gehalten.
Um die Lokalisierung weiter zu begünstigen, kann die Oberfläche des Oberflächen
außenbereiches, der einem Führungsstreifen auf seiner dem angrenzenden Zwi
schenbereich abgewandten Seite benachbart ist, derart von der Oberfläche eines
Zwischenbereiches unterschiedliche Benetzungseigenschaften aufweisen, daß die
kleine Flüssigkeitsmenge stärker mit der Oberfläche des Zwischenbereiches be
netzt. Die Oberfläche des zumindest einen Führungsstreifens wird von der Flüssig
keit also am stärksten benetzt. Da die Oberfläche des Oberflächenaußenbereiches
noch weniger mit der Flüssigkeitsmenge benetzt als der Zwischenbereich, wird die
Flüssigkeitsmenge dadurch im Bereich des Zwischenbereiches und der Führungs
streifen zusätzlich lokalisiert.
Die unterschiedlichen Oberflächenbeschaffenheiten lassen sich durch entspre
chende Beschichtungen erreichen. So kann z. B. zur Manipulation einer wäßrigen
Lösung die Oberfläche der Führungsstreifen hydrophil im Vergleich zu der Oberflä
che des Zwischenbereiches gewählt werden. Bei zu untersuchenden öligen Lösun
gen werden die Führungsstreifen lipophil im Vergleich zum Zwischenbereich ge
wählt werden.
Die Beschichtungen können auf einfache Weise z. B. durch lithographische Verfah
ren mit nachfolgenden Beschichtungsschritten erreicht werden. Unterschiedliche
Benetzungseigenschaften können weiterhin durch Mikrostrukturierung erreicht wer
den, wie es beim sogenannten Lotuseffekt der Fall ist, der auf unterschiedlichen
Rauhigkeiten der Oberflächen beruht. Diese kann z. B. durch Mikrostrukturierung
der entsprechenden Oberflächenbereiche erhalten werden, z. B. chemische Be
handlung oder Ionenbestrahlung.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Zwischenbereich gegenüber
dem zumindest einen Führungsstreifen erhaben, wobei die sich dadurch ergebende
Stufe kleiner ist als die Höhe der durch die Oberflächenspannung zusammenge
haltenen Flüssigkeitsmenge auf dem Zwischenbereich. Eine solche Abstufung zwi
schen Führungsstreifen und Zwischenbereich kann z. B. durch eine sehr flache
Ätzung z. B. mit einer Tiefe im Submikrometerbereich der Oberfläche eines Fest
körperchips erreicht werden. Alternativ kann mit Hilfe von lithographischen Verfah
ren der Zwischenbereich aus einer Beschichtung bestehen, oder es kann in allen
Bereichen der Oberfläche mit Ausnahme der Führungsstreifen Kristallmaterial auf
gewachsen werden.
Makroskopisch, d. h. auf einer Längenskala in der Größenordnung der Breite des
Zwischenbereiches bzw. der lateralen Ausdehnung der kleinen Flüssigkeitsmenge
bleibt die Oberfläche dabei im wesentlichen planar. Eine derartig flache Ätzung
bzw. Stufe ist fertigungstechnisch sehr einfach und definiert herstellbar, ohne daß
die bekannten Probleme von tiefen Ätzungen schmaler Kanäle auftreten.
Den erfindungsgemäßen Ausgestaltungen ist gemeinsam, daß sich am Rand des
Zwischenbereiches Führungsstreifen befinden, zu denen sich die Flüssigkeit aus
breiten möchte. Bei einer Ausgestaltung wird dies durch die bevorzugte Benetzung
der Führungsstreifen bewirkt, bei der anderen Ausgestaltung durch die abwärts füh
rende Stufe. An den Seiten des Zwischenbereiches wird also die Flüssigkeitsmen
ge durch Führungsstreifen geführt bzw. gehalten. Die Oberflächenspannung der
kleinen Flüssigkeitsmenge verhindert zusätzlich das Auseinanderlaufen.
Die Flüssigkeitsmenge kann sich dabei je nach der Oberflächenspannung in Form
eines Tröpfchens auf dem durch Führungsstreifen begrenzten Zwischenbereich
befinden. Bei langgestreckten Zwischenbereichen mit angrenzenden Führungs
streifen kann sich die Flüssigkeit auch in Form eines "Schlauches" auf dem Zwi
schenbereich mit den angrenzenden Führungsstreifen befinden.
Die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen ermöglichen es, daß im Zwischenbereich
unabhängig von den Benetzungseigenschaften eine Funktionalisierung gewählt
werden kann. Die Lokalisierung bzw. Führung der Flüssigkeitsmenge wird durch die
Führungsstreifen gewährleistet. So ist es z. B. möglich, daß Material in einer wäßri
gen Lösung auf einem funktionalisierten Bereich untersucht wird, der hydrophob ist.
Der funktionalisierte hydrophobe Bereich stellt den Zwischenbereich dar, der von
hydrophilen bzw. abgesenkten Führungsstreifen umgeben ist. Die Flüssigkeit wird
also in dem funktionalisierten Bereich gehalten, ohne daß tiefe Ätzungen zur Auf
nahme der Flüssigkeitsmenge notwendig sind, obwohl der funktionalisierte Bereich
ggf. hydrophob ist. Die Führungsstreifen verhindern, daß die Flüssigkeit den funkti
onalisierten und ggf. hydrophoben Bereich verläßt. Selbstverständlich ist auch eine
Kombination der Ausgestaltungen mit modulierten Benetzungseigenschaften und
abgesenkten Führungsstreifen möglich.
Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsge
mäßen Vorrichtungen wird die Breite der Führungsstreifen größer gewählt als die
Breite eines Precursor-Filmes der zu untersuchenden Flüssigkeit, bevorzugt mehr
als etwa 100 Nanometer. Der Precursor-Film bildet sich durch Kondensation von
Flüssigkeitsdampf auf einem Festkörper (A. W. Adamson und A. P. Gast, "Physical
Chemistry of Surfaces", John Wiley & Sons, Inc., New York 1997, 6. Auflage,
Seiten 372, 373) im Umfeld einer Flüssigkeitsmenge auf einer Oberfläche unab
hängig vom Benetzungswinkel.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die kleine Flüssigkeitsmenge an mehre
ren Seiten durch Führungsstreifen eingegrenzt. So läßt sich eine genaue Lokalisie
rung der Flüssigkeitsmenge erreichen, um z. B. eine Reaktion an lokalisierter Stelle
durchführen zu können. Zu einem solchen Reaktionsbereich kann die Flüssigkeit
z. B. auf einem von zwei Seiten durch Führungsstreifen eingeschränkten Zwi
schenbereich in einer Art Führungsschiene geführt werden.
Zum Transport kleiner Flüssigkeitsmengen auf einer Chipoberfläche eignen sich
parallel angeordnete Führungsstreifen mit einem dazwischen befindlichen Zwi
schenbereich.
Durch Einwirkung einer äußeren Kraft wird z. B. ein Flüssigkeitstropfen entlang ei
nes solchen Zwischenbereiches mit seitlich angeordneten Führungsstreifen wie auf
einem "Gleis" geführt. Im Zwischenbereich können verschieden funktionalisierte
Oberflächenbereiche angeordnet sein, wobei auf deren Benetzungseigenschaften
keine besondere Rücksicht genommen werden muß.
Bei einer Ausgestaltung mit einem Zwischenbereich, der schlechter von der Flüs
sigkeit benetzt wird, als die Führungsstreifen, wird durch die Oberfläche nur eine
geringe Bremskraft auf die Flüssigkeit ausgeübt, so daß ein schneller Transport
möglich ist.
Bei einer Weiterbildung sind mehrere Führungsstreifen parallel zueinander ange
ordnet, wobei sich jeweils zwischen zwei Führungsstreifen ein Zwischenbereich
befindet. Die äußeren Führungsstreifen dienen der lateralen Begrenzung der Be
wegung der Flüssigkeit, während die dazwischen befindlichen Führungsstreifen die
Stabilisierung der Bewegung gewährleisten.
Die erfindungsgemäßen Verfahren bzw. die erfindungsgemäßen Vorrichtungen
eignen sich zur chemischen, physikalischen und/oder biologischen Untersuchung
der Flüssigkeitsmenge bzw. von Materie in der Flüssigkeitsmenge. Dazu kann der
Zwischenbereich entsprechend funktionalisiert werden. Besonders vorteilhaft kann
das Verfahren bzw. die Vorrichtung eingesetzt werden, um biologisches Material,
z. B. Zellen oder DNA-Moleküle in Pufferlösungen zu untersuchen. Dazu wird der
Zwischenbereich mit Hilfe biologischer Makromoleküle funktionalisiert. Die Flüssig
keit wird in den funktionalisierten Bereich gebracht und durch die Führungsstreifen
lokalisiert bzw. in ihrer Bewegung in einer Raumrichtung begrenzt. Das in der Flüs
sigkeit befindliche biologische Material reagiert ggf. mit den biologischen Makro
molekülen im Zwischenbereich. Daraus resultierende Änderungen des physikali
schen, chemischen und/oder biologischen Verhaltens können untersucht werden
und zur Analyse eingesetzt werden.
Selbstverständlich kann auf einem Chip eine Vielzahl derartiger "Reaktionsberei
che" vorgesehen sein, die z. B. ein "DNA-Screening" ermöglichen.
Bei vorteilhaften Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfin
dungsgemäßen Vorrichtungen wird eine äußere Krafteinwirkung genutzt, um eine
Durchmischung der kleinen Flüssigkeitsmenge zu erreichen. Auf diese Weise lassen
sich z. B. eine Reaktion beschleunigen bzw. gleichförmige Reaktionsbedingun
gen erzielen.
Sind Führungsstreifen in paralleler Ausrichtung vorhanden, zwischen denen sich
ein Zwischenbereich befindet, so kann die Flüssigkeitsmenge entlang dieser Füh
rungsstreifen durch Einwirkung einer äußeren Kraft bewegt werden.
Bewegt sich die Flüssigkeitsmenge entlang eines langgestreckten Zwischenberei
ches mit angrenzenden Führungsstreifen, deren Abstand nicht konstant ist, so än
dert sich die Form der kleinen Flüssigkeitsmenge entsprechend der lateralen Aus
dehnung des Zwischenbereiches mit angrenzenden Führungsstreifen.
Die äußere Kraft kann auf verschiedene Weisen, z. B. elektrostatisch, erzeugt wer
den. Besonders vorteilhaft ist jedoch die Erzeugung einer äußeren Kraft mit Hilfe
von Oberflächenschallwellen. Derartige Oberflächenschallwellen führen zu einer
mechanischen Deformation der Oberfläche, die einen Impulsübertrag auf die Flüs
sigkeitsmenge bewirkt.
Wird z. B. ein piezoelektrischer Kristall als Festkörper eingesetzt, auf dem sich die
Anordnung befindet, so wird die mechanische Deformation der Oberfläche durch
die Oberflächenschallwelle zusätzlich von elektrischen Feldern begleitet, die wie
derum eine Kraftwirkung auf geladene oder polarisierbare Materie innerhalb der zu
untersuchenden Flüssigkeit bewirken.
Durch die genannten Effekte überträgt eine Oberflächenschallwelle einen Impuls
auf die Flüssigkeit. Der Impuls bewirkt eine Bewegung der Flüssigkeit in Richtung
der Ausbreitungsrichtung der Oberflächenschallwelle. Zusätzlich wird eine Durch
mischung der Flüssigkeit durch die Einwirkung der Oberflächenschallwelle erzielt.
Selbstverständlich können auch mehrere Flüssigkeitsmengen mit Oberflächenwel
len aus unterschiedlichen Richtungen zueinander geführt werden, um miteinander
zu reagieren oder sich zu vermischen.
Zur Erzeugung von Oberflächenschallwellen wird vorteilhaft ein an sich bekannter
Interdigitaltransducer auf einem piezoelektrischen Bereich des Substrates oder auf
einem piezoelektrischen Substrat eingesetzt. Dabei ist es ausreichend, wenn das
Substrat bzw. die entsprechende Beschichtung nur in dem Bereich piezo
elektrisch ist, in dem sich der Interdigitaltransducer befindet.
Ein solcher Interdigitaltransducer hat in einfacher Ausführung zwei Elektroden, die
fingerartig ineinander greifen. Durch Anlegen eines hochfrequenten Wechselfeldes,
z. B. in der Größenordnung von einigen 10 bis 100 MHz, wird in dem piezoelektri
schen Substrat bzw. in dem piezoelektrischen Bereich des Substrates eine Ober
flächenschallwelle angeregt, wenn die Resonanzbedingung nahezu erfüllt ist, daß
der Fingerabstand einer Elektrode dem Quotienten der Oberflächenschallge
schwindigkeit und der Frequenz entspricht. Die Oberflächenschallwelle hat die
Wellenlänge des Fingerabstandes einer Elektrode und ihre Ausbreitungsrichtung ist
im wesentlichen senkrecht zu den ineinander greifenden Fingerelektrodenstruktu
ren. Ein solcher Interdigitaltransducer läßt sich sehr einfach und kostengünstig mit
bekannten lithographischen Verfahren und Beschichtungstechnologien herstellen.
Interdigitaltransducer können zudem, z. B. durch Einstrahlung eines elektromagne
tischen Wechselfeldes in eine mit dem Interdigitaltransducer verbundene Anten
neneinrichtung, drahtlos angesteuert werden.
Um z. B. eine Flüssigkeitsmenge entlang eines langgestreckten Zwischenbereiches
mit seitlich sich anschließenden Führungsstreifen zu treiben, wird ein Interdigi
taltransducer so auf der Chipoberfläche angeordnet, daß eine seiner Schallaus
breitungsrichtungen im wesentlichen entlang der langgestreckten Anordnung aus
Zwischenbereich und Führungsstreifen ist.
Selbstverständlich können mehrere Interdigitaltransducer zur Ansteuerung ver
schiedener durch Zwischenbereiche mit sich anschließenden Führungsstreifen ge
bildete Bahnen dienen. Ebenso ist eine Netzwerkanordnung aus entsprechenden
Bahnen und dazu zugeordneten Interdigitaltransducern möglich.
Bei Einsatz von Interdigitaltransducern mit nicht konstantem Fingerabstand ("geta
perter Interdigitaltransducer") läßt sich auch der laterale Ausbreitungsbereich des
Oberflächenschalles eines Interdigitaltransducers begrenzen. Mit einem solchen
getaperten Interdigitaltransducer können verschiedene Bereiche eines Chips aus
gewählt angesteuert werden.
Interdigitaltransducer lassen sich in verschiedenen Geometrien realisieren. Erfin
dungsgemäß können auch andere Interdigitaltransducergeometrien eingesetzt
werden, wie sie aus der Technologie der Oberflächenwellenfilter bekannt sind.
Besondere Vorteile des Impulsübertrages mittels Oberflächenschallwellen zur Be
wegung bzw. Durchmischung kleiner Flüssigkeitsmengen sind:
- - Es lassen sich verschiedene zeitliche Verläufe der Kraft, wie z. B. Pulse ver schiedener Länge, elektronisch definieren.
- - Die Stärke der Kraftwirkung auf die kleine Flüssigkeitsmenge läßt sich in einem weiten Bereich über die Amplitude oder die Pulsfrequenz der Oberflächen schallwelle einstellen.
- - Die Beschallung der Festkörperoberfläche mit der Oberflächenschallwelle kann eine automatische Reinigung der überstrichenen Bereiche bewirken.
- - Eine Ansteuerung über entsprechende Software ist einfach möglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung lassen
sich vorteilhaft auch in einem System aus verschiedenen Analyse- bzw. Synthese
punkten auf einem Festkörperchip einsetzen. Auf diese Weise wird ein sogenann
tes "Lab-on-a-chip" gebildet. Dabei können langgestreckte Zwischenbereiche mit
ggf. beidseitigen seitlichen Führungsstreifen als Verbindungspfade zwischen ver
schiedenen Analyse- bzw. Synthesepunkten dienen. Einzelne Zwischenbereiche,
die an mehreren Seiten von Führungsstreifen umgeben sind, können als Reakti
onsbereiche eingesetzt werden. Selbstverständlich lassen sich auch die erfin
dungsgemäße Vorrichtung bzw. die erfindungsgemäßen Verfahren mit anderen
Transport- bzw. Lokalisierungsverfahren auf einem Chip kombinieren.
Die Flüssigkeit wird z. B. mit Hilfe eines Pipettierroboters derart auf den Zwischen
bereich gebracht, daß zumindest ein Führungsstreifen berührt wird. Die notwendige
Menge kann in Vorversuchen festgestellt oder durch sukzessives Aufbringen der
Flüssigkeit erreicht werden. Bei Berührung von zwei Führungsstreifen, die z. B. pa
rallel angeordnet sind, wird die Flüssigkeitsmenge durch die bevorzugte Benetzung
der Führungsstreifen in Zusammenwirkung mit der Oberflächenspannung lokali
siert. Bei geeigneter Wahl der Geometrie oder des Verfahrensablaufes kann die
Flüssigkeit auch selbstjustierend aufgebracht werden. Die Flüssigkeitsmenge wird
in Kontakt mit einem Führungsstreifen und dem Zwischenbereich gebracht. Durch
äußere Krafteinwirkung, z. B. durch eine Oberflächenschallwelle oder durch Bewe
gen des gesamten Chips, wird die Flüssigkeitsmenge derart bewegt, daß sie in
Kontakt mit einem weiteren Führungsstreifen gelangen kann. Es stellt sich dann in
selbstjustierender Weise ein Zustand ein, in dem die Flüssigkeitsmenge aufgrund
ihrer Oberflächenspannung und der bevorzugten Benetzung der Führungsstreifen
zwischen diesen gehalten wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der anliegenden Figuren im Detail erläu
tert. Die schematischen Figuren dienen der Erläuterung des Prinzipes und sind
nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Die Figuren zeigen Ausschnitte auf
Draufsichten bzw. Querschnitte von Chipoberflächen, die ggf. Teil eines größeren
Komplexes sein können. Dabei zeigt
Fig. 1 die Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung während des
Durchführens eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2a einen Querschnitt durch die Anordnung der Fig. 1 entlang der
Linie A-A in der angezeigten Blickrichtung,
Fig. 2b einen Querschnitt gemäß der Linie entlang der Linie B-B der Fig.
2a, in der angezeigten Richtung,
Fig. 2c einen Querschnitt entlang der Linie C-C mit der in Fig. 2a ange
gebenen Blickrichtung,
Fig. 3 eine alternative Ausführungsform im Querschnitt,
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der erfindungs
gemäßen Vorrichtung bei der Durchführung eines erfindungsge
mäßen Verfahrens, und
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung und in Draufsicht die Durchführung eines
erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Gezeigt
ist ein Ausschnitt aus einer Chipoberfläche. Die gezeigte Ausführungsform dient
zum Transport einer kleinen Flüssigkeitsmenge 1 entlang einer definierten Strecke.
Dabei bezeichnet 5 seitliche Führungsstreifen der Breite 8. 1 bezeichnet einen
Flüssigkeitstropfen, der durch seine eigene Oberflächenspannung zusammen
gehalten auf der Festkörperoberfläche lokalisiert ist.
Typischerweise sind die Führungsstreifen etwa ein Zehntel bis ein Drittel der late
ralen Ausdehnung der zu manipulierenden Flüssigkeitsmenge, im gezeigten Bei
spiel also des Tropfendurchmessers, jedoch größer als die Breite des Precursor-
Filmes, also größer als etwa 100 nm.
Die Flüssigkeitsvolumina bewegen sich in der Größenordnung von 1 µm3 bis 1 cm3.
Zwischen den Führungsstreifen 5 befindet sich ein Zwischenbereich 3, der z. B.
reaktionsfunktionalisiert ist. Zum Beispiel können biologische Makromoleküle in
dem reaktionsfunktionalisierten Zwischenbereich 3 gebunden sein. Auch der aus
dem Zwischenbereich 3 mit den Führungsstreifen 5 gebildete Streifen ist in Fig. 1
nicht vollständig dargestellt, was durch die seitlichen Bruchlinien 10 angedeutet
sein soll. Verschiedene Geometrien und Größen sind denkbar.
Beabstandet zu der Streifenanordnung aus Zwischenbereich 3 und Führungsstrei
fen 5 befindet sich ein Interdigitaltransducer 7, der auf der Festkörperoberfläche mit
bekannten lithographischen Techniken und Beschichtungstechniken aufgebracht
ist. Der Interdigitaltransducer besteht aus Elektroden 9 mit fingerartigen Fortsätzen
11, die ineinander greifen. Der Abstand der einzelnen Finger ist dabei in der Grö
ßenordnung von Mikrometern. Bei der Ausführungsform der Fig. 1 befindet sich
die Anordnung auf einem piezoelektrischen Kristall, z. B. Lithiumniobat. Alternativ
kann die Oberfläche des Chips mit einer piezoelektrischen Schicht,
z. B. aus Zinkoxid, versehen sein. Bei Anlegen eines elektromagnetischen Wech
selfeldes an die Elektroden 9 in der Größenordnung von einigen 10 bis 100 MHz
wird in bekannter Weise eine Oberflächenschallwelle mit einer Ausbreitungsrich
tung senkrecht zu der Erstreckungsrichtung der fingerartigen Elektroden 11 ange
regt. Der interessierende Teil des so angeregten Oberflächenschallwellenfeldes hat
einen Schallpfad in Richtung 13.
Der Abstand des Interdigitaltransducers 7 von der gezeigten Streifenanordnung ist
nicht maßstabsgetreu. Es sind größere Abstände denkbar, wie sie aus der Oberflä
chenschallwellentechnologie bekannt sind.
Fig. 2a zeigt einen Schnitt durch die Anordnung der Fig. 1 entlang der Linie A-A
in der in Fig. 1 angegebenen Blickrichtung. Der piezoelektrische Festkörper ist mit
2 bezeichnet. Bei der gezeigten Ausführungsform befindet sich zwischen den Füh
rungsstreifen 5 eine hydrophobe Reaktionsfunktionalisierung 3. Der Flüssigkeits
tropfen 1 z. B. einer wäßrigen Lösung mit biologischem Material breitet sich bis zur
äußeren Begrenzung der hydrophilen Führungsstreifen 5 aus. Außerhalb der Führungsstreifen
5 ist die Oberfläche 31 ebenfalls hydrophob. Die Oberflächenbenet
zungseigenschaften sind dabei derart gewählt, daß eine geringere Benetzung vor
liegt, als mit der reaktionsfunktionalisierten Oberfläche im Zwischenbereich 3. So
wird eine zusätzliche Lokalisierung der Flüssigkeitsmenge auf dem Zwischenbe
reich 3 und den Führungsstreifen 5 erreicht.
Fig. 2b zeigt einen Schnitt entlang der Linie B-B der Fig. 2a. In diesem Bereich
ist die Flüssigkeit des Flüssigkeitstropfens 1 über den gesamten Querschnitt auf
dem hydrophilen Bereich 5 angesiedelt. Es stellt sich der Benetzungswinkel α je
nach Wahl der Materialien ein. Fig. 2c zeigt einen Schnitt entlang der Linie C-C
der Fig. 2a. Hier befindet sich der Rand der Flüssigkeit auf dem ggf. hydrophoben
Teil 3. Dementsprechend ist der Benetzungswinkel β sehr viel steiler als der Benet
zungswinkel a der Flüssigkeit auf dem hydrophilen Bereich der Fig. 2b.
Eine solche Anordnung läßt sich wie folgt einsetzen. Ein Flüssigkeitstropfen 1 wird
auf die Streifenanordnung aus dem Zwischenbereich 3 mit den seitlichen Füh
rungsstreifen 5 gebracht. Der Flüssigkeitstropfen 1 umfaßt eine wäßrige Lösung mit
z. B. biologischem Material. Die notwendige Menge an Flüssigkeit kann in Vorver
suchen ermittelt werden. Ebenso kann die Menge mit Hilfe z. B. einer Pipette suk
zessiv erhöht werden, bis beide Führungsstreifen 5 zumindest berührt werden. Auf
grund der hydrophilen Eigenschaften der seitlichen Führungsstreifen 5 breitet sich
der Flüssigkeitstropfen in Richtung des Randes vollständig aus. Aufgrund der
Oberflächenspannung des Tropfens wird er in seiner Form zusammengehalten und
ein Auseinanderlaufen wird verhindert. Dies wird durch die Oberflächenbeschaffen
heit des Oberflächenbereiches 31, in dem eine noch geringere Benetzung stattfin
det, als im Zwischenbereich 3, zusätzlich verstärkt. Im Zwischenbereich 3, der ggf.
stärker hydrophobe Eigenschaften hat als die Führungsstreifen 5, stellt sich ein
steiler Benetzungswinkel β ein, während sich im Bereich der Führungsstreifen 5 ein
flacherer Benetzungswinkel α einstellt.
Es wird ein elektrisches Wechselfeld der angegebenen Größenordnung an die
Elektroden 9 des Interdigitaltransducers angelegt, um eine Oberflächenschallwelle
in Richtung 13 anzuregen. Die Oberflächenschallwelle überträgt ihren Impuls auf
den Flüssigkeitstropfen 1, z. B. durch die mechanische Deformation der Oberflä
che. Der Flüssigkeitstropfen wird auf diese Weise in Richtung 13 fortbewegt. Die
Führungsstreifen 5 verhindern ein seitliches Ausbrechen. Dieses Verhalten ist un
abhängig davon, welche Benetzungseigenschaften der Zwischenbereich 3 hat.
Auch ein weniger hydrophiler Bereich, wie er bei der gezeigten Ausführungsform
vorhanden ist, ist für den Zwischenbereich 3 möglich, da die Richtung der Tropfen
bewegung durch die Führungsstreifen 5 bestimmt wird. Es wird eine definierte Be
wegung des Flüssigkeitstropfens entlang eines solchen "Gleises" erzeugt.
Eine solche Anordnung kann eingesetzt werden, um den Flüssigkeitstropfen z. B.
an einen bestimmten Analysepunkt zu bringen, in dem der Zwischenbereich 3 in
besonderer Form funktionalisiert ist, um z. B. eine Reaktion oder eine Analyse zu
ermöglichen. Dabei braucht keine Rücksicht auf die Benetzungseigenschaften des
Zwischenbereiches genommen werden, da die Bewegung des Tropfens durch die
Führungsstreifen 5 festgelegt ist.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Flüssigkeit in Form eines Tröpfchens 1
auf der Oberfläche angeordnet. Bei einer entsprechend schmaleren Ausführung
befindet sich die Flüssigkeit in Form eines "Flüssigkeitsschlauches" auf dem "Gleis"
3, 5.
In Fig. 3 ist eine alternative Ausführungsform gezeigt. Die Ansicht entspricht der
Darstellung der Fig. 2a der ersten Ausführungsform. Gleiche Elemente sind mit
gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform
werden die Führungsstreifen durch flache Absenkungen 50 in der Oberfläche er
reicht. Bei der gezeigten Ausführungsform befindet sich zwischen den Führungs
streifen eine Beschichtung ggf. mit der gewünschten Reakionsfunktionalisierung.
Die Dicke der Beschichtung ist dabei dünner als etwa ein Zehntel der Oberflächen
schallwellenlänge, die mit einem Transducer 11 erzeugt werden kann. Außerhalb
der Führungsstreifen 50 befindet sich eine Beschichtung 30 mit ähnlichen Benet
zungseigenschaften wie die Reaktionsfunktionalisierungsbeschichtung 3. Die Tiefe
51 der abgesenkten Bereiche 50 ist sehr viel kleiner als die Höhe 10 des Flüssig
keitstropfens 1, z. B. im Submikrometerbereich. Ein Flüssigkeitstropfen 1, der auf
den Zwischenbereich 3 gebracht wird, fließt seitlich in die Führungsstreifen 50. Sei
ne Oberflächenspannung verhindert, daß er auf der entfernten Seite die abge
senkten Bereiche 50 wieder verläßt. Auch hier wird die notwendige Menge abhän
gig von den verwendeten Materialien z. B. im Versuch ermittelt. Auf diese Weise
läßt sich ebenfalls ein "Gleis"-Effekt erreichen, wie bei der Ausführungsform der
Fig. 1 und 2.
Der Antrieb des Flüssigkeitstropfens 1 geschieht ebenfalls mit einem Interdigi
taltransducer in analoger Anordnung wie bei der Fig. 1.
In Fig. 4 ist eine Ausführungsform mit mehreren Führungsstreifen 5, 6 gezeigt.
Gleiche Elemente sind wiederum mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Wäh
rend die äußeren Führungsstreifen 5 das seitliche Ausbrechen der Flüssigkeits
menge 1 verhindern, dienen die Führungsstreifen 6 der weiteren Stabilisierung der
Bewegung in Richtung 13. Die Oberflächeneigenschaften der Führungsstreifen 6
entsprechen den Oberflächeneigenschaften der Führungsstreifen 5. Analog zu der
Ausführungsform der Fig. 1 und 2 sind die Oberflächenbereiche 5 und 6
hydrophil ausgebildet, wenn der zu bewegende Flüssigkeitstropfen eine wäßrige
Lösung ist. Die Benetzungseigenschaften der Zwischenbereiche 3 können frei ge
wählt werden, so daß eine Reaktionsfunktionalisierung vorgesehen sein kann, die
unabhängig von den Benetzungseigenschaften ist.
Fig. 5 zeigt eine Anordnung, wie sie z. B. zur Analyse eingesetzt werden kann.
Die Führungsstreifen 5 bilden eine Umrandung. Innerhalb dieser Umrandung 5 be
findet sich ein reaktionsfunktionalisierter Bereich 4. Zum Beispiel können biologi
sche Makromoleküle an der Oberfläche gebunden sein. Die Benetzungseigen
schaften des Oberflächenbereiches 4 können unabhängig von der Art der Flüssig
keit 1 gewählt werden, da ein seitliches Ausbrechen durch die hydrophilen Streifen
5 in Zusammenwirkung mit der Oberflächenspannung der Flüssigkeitsmenge 1
verhindert wird.
Mit der Anordnung der Fig. 5 kann wie folgt eine Analyse durchgeführt werden.
Über die Zwischenbereiche 3 mit den seitlichen Führungsstreifen 5 kann eine Flüs
sigkeitsmenge mit Hilfe einer Oberflächenschallwelle, die mit dem Interdigitaltrans
ducer 7 erzeugt wird, in Richtung des Reaktionsbereiches 4 gebracht werden, wie
es z. B. mit Bezug zu der Fig. 1 beschrieben ist. In dem Reaktionsbereich 4 kann
sich die Flüssigkeit 1 aufhalten. Durch die entsprechend gewählte z. B. biologische
Funktionalisierung findet eine Reaktion zwischen der biologischen Funktionalisie
rung der Oberfläche 4 mit biologischem Material, das z. B. in der Flüssigkeit 1 ent
halten ist, statt. Nach der Reaktion kann die Flüssigkeit z. B. durch weiteres Ein
strahlen einer Oberflächenschallwelle auf der anderen Seite des Reaktionsberei
ches 4 wieder entfernt werden. Selbstverständlich können auch andere, z. B. phy
sikalische Untersuchungen vorgenommen werden.
Selbstverständlich kann auch die Anordnung der Fig. 5 mit Hilfe von flachen ab
gesenkten Bereichen anstelle der Führungsstreifen 5 realisiert werden, wie sie z. B.
mit Bezug zur Fig. 3 beschrieben sind. Schließlich können auf dem Reaktionsbe
reich 4 mehrere Flüssigkeiten zur Reaktion zusammengebracht werden.
Verschiedene derartige Reaktionsbereiche 4 können über entsprechende "Gleise"
miteinander verbunden sein und so verschiedene Reaktionen mit einer Flüssigkeit
ermöglichen. Auch andere Analyse- bzw. Synthesestationen können vorgesehen
sein, die jeweils über Anordnungen gemäß der Fig. 1 bis 4 miteinander verbun
den sind. So läßt sich ein "Lab-on-the-chip" realisieren, in dem eine sehr kleine
Flüssigkeitsmenge verschiedenen Untersuchungen unterzogen wird.
Die Erfindung ermöglicht also eine definierte Bewegung einer Flüssigkeitsmenge
auf einer Chipoberfläche. Dazu sind keine tief geätzten Kanäle mit den dabei ent
stehenden bekannten Schwierigkeiten notwendig. Die Oberfläche bleibt im wesent
lichen planar, läßt sich auf diese Weise sehr leicht reinigen und stellt keine zusätzli
chen Hindernisse für die Bewegung der Flüssigkeitsmenge dar.
Durch die Einwirkung der Oberflächenschallwelle wird die Flüssigkeitsmenge zu
sätzlich in Turbulenz versetzt und durchmischt. Eine Reaktion kann auf diese Wei
se beschleunigt werden.
Die gezeigten Geometrien dienen nur zur Erläuterung des erfindungsgemäßen
Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtungen und stellen somit bevor
zugte Ausführungsformen dar. Die Ansprüche umfassen in für den Fachmann er
sichtlicher Weise auch andere Anordnungen von Zwischenbereichen und Füh
rungsstreifen bzw. Interdigitaltransducern. Ebenso ist die Anzahl der gezeigten
Elemente nicht begrenzt. So können z. B. mehrere Interdigitaltransducer für die
Bewegung in verschiedenen Richtungen vorgesehen sein, wenn Zwischenbereiche
und Führungsstreifen entsprechende Geometrien aufweisen.
Claims (37)
1. Verfahren zur Manipulation kleiner Flüssigkeitsmengen auf Oberflächen, ins
besondere Chipoberflächen, bei dem mindestens eine kleine von ihrer Ober
flächenspannung zusammengehaltene Flüssigkeitsmenge (1) auf einen Be
reich der Oberfläche mit zumindest einem Zwischenbereich (3, 4) gebracht
wird, der zumindest in einer lateralen Raumrichtung an einen Führungsstrei
fen (5, 6) angrenzt, wobei die kleine Flüssigkeitsmenge (1) sowohl zumindest
einen Zwischenbereich (3, 4) als auch zumindest einen Führungsstreifen (5,
6) berührt und der zumindest eine Zwischenbereich (3, 4) und der Führungs
streifen (5, 6) unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheiten aufweisen, die
derart gewählt sind, daß eine Oberfläche mit der Oberflächenbeschaffenheit
eines Führungsstreifens stärker von der kleinen Flüssigkeitsmenge benetzt
wird, als eine Oberfläche mit der Oberflächenbeschaffenheit des zumindest
einen Zwischenbereiches.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der zumindest eine Zwischenbereich
erhaben gegenüber dem Führungsstreifen gewählt wird, wobei die Stufe zwi
schen dem zumindest einen Zwischenbereich und dem Führungsstreifen klei
ner als die Höhe der Flüssigkeitsmenge auf dem Zwischenbereich ist.
3. Verfahren zur Manipulation kleiner Flüssigkeitsmengen auf Oberflächen, ins
besondere Chipoberflächen, bei dem mindestens eine kleine von ihrer Ober
flächenspannung zusammengehaltene Flüssigkeitsmenge (1) auf einen Be
reich der Oberfläche mit zumindest einem Zwischenbereich (3) gebracht wird,
der wenigstens in einer lateralen Raumrichtung an einen Führungsstreifen
(50) angrenzt, wobei die kleine Flüssigkeitsmenge (1) sowohl zumindest einen
Zwischenbereich (3) als auch zumindest einen Führungsstreifen (50) berührt
und der zumindest eine Zwischenbereich (3) gegenüber dem Führungsstrei
fen (50) erhaben gewählt ist und die Stufe (51) zwischen dem zumindest ei
nen Zwischenbereich (3) und dem Führungsstreifen (50) kleiner als die Höhe
(10) der Flüssigkeitsmenge (1) auf dem Zwischenbereich ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Oberflächenbe
schaffenheit des Oberflächenaußenbereiches (31), der einem Führungsstrei
fen (5) auf dessen dem angrenzenden Zwischenbereich (3) abgewandten
Seite benachbart ist, derart ausgewählt sind, daß die kleine Flüssigkeitsmen
ge (1) schlechter oder gleich stark mit der Oberfläche des Oberflächenaußen
bereiches (31) benetzt, als mit der Oberfläche des Zwischenbereiches (3).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die kleine Flüssig
keitsmenge (1) Wasser bzw. eine wäßrige Lösung ist und der zumindest eine
Führungsstreifen (5, 6, 50) im Vergleich zu dem zumindest einen Zwischenbe
reich (3, 4) hydrophil gewählt ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die laterale Breite (8)
eines Führungsstreifens (5, 6, 50) größer als die Breite des Precursor-Filmes
der Flüssigkeitsmenge (1) gewählt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die laterale Breite (8) eines Führungs
streifens (5, 6, 50) größer als 100 nm gewählt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die kleine Flüssig
keitsmenge (1) in mehreren Raumrichtungen von Führungsstreifen (5, 50)
umgeben ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Flüssigkeitsmenge
(1) auf einen Zwischenbereich (3, 4) gebracht wird, der zumindest auf zwei im
wesentlichen gegenüberliegenden Seiten von Führungsstreifen (5, 50) be
grenzt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem zumindest zwei Füh
rungsstreifen (5, 6, 50) im wesentlichen parallel angeordnet sind.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Flüssigkeitsmenge
(1) mehrere Zwischenbereiche (3) und mehr als zwei Führungsstreifen (5, 6)
berührt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem der zumindest eine
Zwischenbereich (3, 4) zur Reaktion mit der kleinen Flüssigkeitsmenge (1)
und/oder darin enthaltenem Material zumindest teilweise physikalisch, che
misch und/oder biologisch funktionalisiert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der zumindest eine Zwischenbereich
(3, 4) durch biologische Makromoleküle funktionalisiert wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die kleine Flüssig
keitsmenge (1) auf dem zumindest einen Zwischenbereich (3, 4) entlang der
Führungsstreifen (5, 6, 50) mit Hilfe einer äußeren Krafteinwirkung bewegt
wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem die kleine Flüssig
keitsmenge (1) auf dem zumindest einen Zwischenbereich (3, 4) mit Hilfe ei
ner äußeren Krafteinwirkung durchmischt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem zumindest zwei Flüs
sigkeitsmengen auf einen Zwischenbereich (3, 4) gebracht werden und mit
Hilfe äußerer Krafteinwirkung relativ zueinander bewegt werden, vorzugswei
se um sie untereinander zu vermischen oder zur Reaktion zu bringen.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem zur Erzeugung der
äußeren Kraft der Impuls von wenigstens einer Oberflächenschallwelle auf die
kleine Flüssigkeitsmenge (1) übertragen wird.
18. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die wenigstens eine Oberflächen
schallwelle mit Hilfe zumindest eines Interdigitaltransducers (7) mit einer Ab
strahlrichtung (13) in Richtung zumindest eines der Zwischenbereiche (3, 4)
erzeugt wird.
19. Vorrichtung zur Manipulation zumindest einer kleinen Flüssigkeitsmenge mit
- - einer Oberfläche, vorzugsweise einer Chipoberfläche,
- - zumindest einem Zwischenbereich (3, 4) auf der Oberfläche, der zumindest in einer Raumrichtung an einen Führungsstreifen (5) angrenzt, wo bei
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der der zumindest eine Zwischenbereich
gegenüber dem zumindest einen Führungsstreifen erhaben ist, wobei die
Stufe zwischen dem zumindest einen Zwischenbereich und dem Führungs
streifen kleiner als die Höhe einer durch die Oberflächenspannung auf dem
Zwischenbereich und dem Führungsstreifen zusammengehaltenen Flüssig
keitsmenge ist.
21. Vorrichtung zur Manipulation zumindest einer kleinen Flüssigkeitsmenge mit
- - einer Oberfläche, vorzugsweise einer Chipoberfläche,
- - zumindest einem Zwischenbereich (3) auf der Oberfläche, der zumindest in einer Raumrichtung an einen Führungsstreifen (50) angrenzt, wobei
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 und 21, bei der die Führungsstrei
fen (50) flach geätzte Täler in der Oberfläche sind.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 und 21, bei der der erhabene Zwi
schenbereich (3) durch eine Beschichtung bzw. aufgewachsenes Material ge
bildet ist.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, bei der die Oberfläche des
Oberflächenaußenbereiches (31), der einem Führungsstreifen (5) auf seiner
einem angrenzenden Zwischenbereich (3, 4) abgewandten Seite benachbart
ist, derart von der Oberfläche des Zwischenbereiches (3, 4) unterschiedliche
Benetzungseigenschaften aufweist, daß die kleine Flüssigkeitsmenge stärker
mit der Oberfläche des Zwischenbereiches (3, 4) benetzt.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 24, bei der die Führungsstreifen
(5, 6, 50) im Vergleich zu dem zumindest einen Zwischenbereich (3, 4)
hydrophil sind.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 25, bei der die laterale Breite
der Führungsstreifen (5, 6, 50) größer als die Breite des Precursor-Filmes ei
ner zu manipulierenden Flüssigkeitsmenge (1) ist.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, bei der die laterale Breite (13) der Führungs
streifen (5, 6, 50) größer als 100 nm ist.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 27, mit einem Zwischenbereich
(4), der ein in mehreren Raumrichtungen durch Führungsstreifen (5) be
grenztes Feld umfaßt.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 28, mit einem Zwischenbereich
(3), der auf zwei im wesentlichen gegenüberliegenden Seiten von Führungs
streifen (5, 50) umgeben ist.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 29, mit im wesentlichen parallel
angeordneten Führungsstreifen (5, 6, 50).
31. Vorrichtung nach Anspruch 30, bei der mehr als zwei Führungsstreifen (5, 6)
nebeneinander parallel angeordnet sind.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 31 mit zumindest einem Zwi
schenbereich (3, 4), der zumindest teilweise physikalisch, chemisch und/oder
biologisch funktionalisiert ist.
33. Vorrichtung nach Anspruch 32, bei der der funktionalisierte Zwischenbereich
mit biologischen Makromolekülen funktionalisiert ist.
34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 33 mit zumindest einer Oberflä
chenwellenerzeugungseinrichtung (7) mit einer Abstrahlrichtung (13) in etwa
entlang zumindest eines der Zwischenbereiche (3, 4) zur Erzeugung einer
Oberflächenschallwelle.
35. Vorrichtung nach Anspruch 34, bei der die zumindest eine Oberflächenwel
lenerzeugungseinrichtung einen Interdigitaltransducer (7) umfaßt.
36. Vorrichtung nach Anspruch 35, bei der der Interdigitaltransducer einen nicht
konstanten Fingerabstand aufweist.
37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 36 mit einem Netzwerk aus
Zwischenbereichen mit angrenzenden Führungsstreifen zum Transport
und/oder zur Analyse kleiner Flüssigkeitsmengen.
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