DE102004017481A1 - Microfluidic system for cell sorting unit, provides second carrier flow feed for fluid with suspended particles which also discharges into process chamber - Google Patents

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Abstract

At least one second carrier flow feed (2) is provided for a fluid with suspended particles (5). This (2) also discharges into the process chamber (3). Measurement stations (9, 10) examine particles (4, 5) in the carrier flows. First and second flows enter the process chamber in a downstream investigation zone, near to each other. The first measurement station is near the first flow, the second near the second, in relation to the flow direction, within the process chamber. A partition (8) separates the carrier flows. It is impermeable to the particles and/or the flows. In the process chamber a dielectrophoretic field cage (12) is located to fix the particles. This is downstream of the measurement stations. It is central between the flows, in the measurement chamber. Just ahead of the cage, a selector is located. This directs selected particles from either or both streams to the cage. There is a third measurement station for examining the fixed particles. Various further flow-directing and sorting provisions are elaborated. An independent claim is included for the corresponding method of operation.

Description

Die Erfindung betrifft ein mikrofluidisches System, insbesondere für einen Zellsortierer, sowie ein zugehöriges Betriebsverfahren.The The invention relates to a microfluidic system, in particular for a Cell sorter, as well as an associated Operating procedures.

Aus MÜLLER, T. et al.: "A 3-D microelectrode system for handling and caging single cells and particles", Biosensors and Bioelectronics 14 (1999) 247–256 ist ein Untersuchungsverfahren für biologische Zellen bekannt, bei dem die zu untersuchenden Zellen in einem Trägerstrom eines mikrofluidischen Systems suspendiert sind und dielektrophoretisch manipuliert und sortiert werden. In dem Trägerstrom werden die zu untersuchenden Zellen zunächst durch eine trichterförmige dielektrophoretische Elektrodenanordnung (engl. "Funnel") aufgereiht und anschließend in einem dielektrophoretischen Käfig (engl. "Cage") festgehalten, um die in dem Käfig befindlichen Zellen im ruhenden Zustand untersuchen zu können, wozu mikroskopische, spektroskopische oder fluoreszenzoptische Messmethoden angewendet werden können. In Abhängigkeit von der Untersuchung der in dem dielektrophoretischen Käfig gefangenen Zellen können diese anschließend sortiert werden, wozu der Bediener eine Sortiereinrichtung ansteuert, die aus einer in dem Trägerstrom stromabwärts hinter dem dielektrophoretischen Käfig angeordneten dielektrophoretischen Elektrodenanordnung besteht.Out MILLER, T. et al .: "A 3-D microelectrode system for handling and caging single cells and particles ", Biosensors and Bioelectronics 14 (1999) 247-256 is an investigation procedure for biological cells are known in which the cells to be examined in a carrier stream a microfluidic system are suspended and dielektphoretisch manipulated and sorted. In the carrier stream the cells to be examined first a funnel-shaped dielectrophoretic electrode arrangement ("funnel") lined up and then in a dielectrophoretic cage (English: "Cage") held to in the cage To be able to examine existing cells in the dormant state, including microscopic, spectroscopic or fluorescence-optical measuring methods can be applied. Dependent on from the study of those trapped in the dielectrophoretic cage Cells can this afterwards which the operator controls a sorting device, from one in the carrier stream downstream behind the dielectrophoretic cage arranged dielectrophoretic Electrode arrangement exists.

Nachteilig an diesem bekannten mikrofluidischen System ist die Tatsache, dass zur Untersuchung und Sortierung unterschiedlicher Partikeltypen getrennte Untersuchungsreihen er forderlich sind, zwischen denen das mikrofluidische System in der Regel sogar gespült werden muss, um Partikelrückstände der vorangegangenen Untersuchungsreihe zu beseitigen.adversely In this known microfluidic system is the fact that separate for examining and sorting different particle types Examination series are required, between which the microfluidic System usually even flushed must be to particle residues of the previous study series.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine möglichst einfache Möglichkeit zur Untersuchung verschiedener Partikeltypen in einem mikrofluidischen System zu schaffen.Of the The invention is therefore based on the object as possible easy way to study different particle types in a microfluidic To create a system.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der nebengeordneten Ansprüche gelöst.These Task is solved by the features of the independent claims.

Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, ein mikrofluidisches System mit mindestens zwei Trägerstromzuleitungen zu schaffen, über die Trägerströme mit darin suspendierten Partikeln in einen Prozessraum eingeleitet werden können, in dem die Partikel einer Untersuchung, Beobachtung, Manipulation und/oder Selektion unterzogen werden können. Dies bietet den Vorteil, dass im Rahmen einer einzigen Untersuchung ohne eine zwischenzeitliche Spülung des mikrofluidischen Systems verschiedene Partikeltypen untersucht werden können.The The invention comprises the general technical teaching, a microfluidic System with at least two carrier power supply lines to create over the Carrier streams with it suspended particles are introduced into a process space can, in which the particles of a study, observation, manipulation and / or selection. This offers the advantage that in the context of a single investigation without an interim flush the microfluidic system investigated different particle types can be.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung münden in den Prozessraum zwei Trägerstromzuleitungen, so dass zwei unterschiedliche Trägerströme mit darin suspendierten unterschiedlichen Partikeln in den Prozessraum eingeleitet werden können.In a preferred embodiment of Invention lead into the process space two carrier power supply lines, so that two different carrier streams with it suspended different particles introduced into the process space can be.

Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich der Anzahl der Trägerstromzuleitungen nicht auf zwei Trägerstromzuleitungen beschränkt. Vielmehr ist auch eine größere Anzahl von Trägerstromzuleitungen möglich, falls eine größere Zahl von Partikeltypen im Rahmen einer einzigen Untersuchungsreihe untersucht werden soll.The However, the invention is in terms of the number of carrier power supply lines not on two carrier power supply lines limited. Rather, it is also a larger number of carrier power supply possible if a larger number of particle types in a single series of studies shall be.

Vorzugsweise ist zur Untersuchung der in den einzelnen Trägerströmen suspendierten Partikel jeweils eine Messstation vorgesehen, wobei die einzelnen Messstationen in den getrennten Trägerstromzuleitungen angeordnet sein können. Vorzugsweise sind die einzelnen Messstationen für die verschiedenen Partikel jedoch in dem gemeinsamen Prozessraum angeordnet, wobei eine getrennte Untersuchung der einzelnen Partikel dadurch ermöglicht wird, dass die einzelnen zugeführten Trägerströme in dem Prozessraum zumindest in einem stromaufwärts innerhalb des Prozessraums gelegenen Untersuchungsbereich nebeneinander verlaufen, ohne sich dort nennenswert zu vermischen.Preferably is for the investigation of suspended in the individual carrier streams particles respectively a measuring station provided, wherein the individual measuring stations in the separate carrier power supply lines can be arranged. Preferably, the individual measuring stations for the different particles however, arranged in the common process space, with a separate process space Examination of the individual particles is made possible by the fact that the individual supplied Carrier streams in the Process space at least in one upstream within the process space located adjacent examination area next to each other, without themselves there to merge appreciably.

Beispielsweise können die beiden Trägerstromzuleitungen y-förmig in den gemeinsamen Prozessraum münden und dort zunächst nebeneinander verlaufen. Die erste Messstation ist dann in dem Untersuchungsbereich des Prozessraums im Bereich des ersten Trägerstroms angeordnet, während die zweite Messstation in dem Untersuchungsbereich des Prozessraums im Bereich des zweiten Trägerstroms und bezüglich der Strömungsrichtung neben der ersten Messstation angeordnet ist.For example can the two carrier power supply lines y-shaped lead into the common process space and there first run side by side. The first measuring station is then in the examination area of the process space in the region of the first carrier current, while the second Measuring station in the examination area of the process room in the area the second carrier stream and re the flow direction is arranged next to the first measuring station.

Zur Vermeidung einer Mischung der beiden Trägerströme in dem stromaufwärts gelegenen Untersuchungsbereich des Prozessraums ist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung eine optionale Trennwand zwischen den beiden Trägerströmen vorgesehen, wobei die Trennwand für die Partikel undurchlässig ist. Vorzugsweise ist die Trennwand auch für die Trägerströme undurchlässig, jedoch ist es auch denkbar, dass die Trennwand nur für die Partikel undurchlässig ist, wohingegen die Trennwand für die Trägerströme durchlässig ist.to Avoiding a mixture of the two carrier streams in the upstream Examination area of the process space is in a preferred embodiment the invention provides an optional partition wall between the two carrier streams, the partition for the particles impermeable is. Preferably, the partition wall is also impermeable to the carrier streams, but it is also conceivable that the partition only for the particles impermeable is, whereas the partition for the carrier streams are permeable.

Weiterhin ist in dem gemeinsamen Prozessraum vorzugsweise ein dielektrophoretischer Feldkäfig angeordnet, um die Partikel zu fixieren. Eine derartige Fixierung der Partikel in dem Feldkäfig ist beispielsweise vorteilhaft, da die Partikel im fixierten Zustand besser untersucht werden können, wozu vorzugsweise eine dritte Messstation vorgesehen ist, welche die in dem Feldkäfig fixierten Partikel untersucht. Der Aufbau und die Funktionsweise eines Feldkäfigs ist beispielsweise in der bereits eingangs erwähnten Veröffentlichung von MÜLLER, T. et al.: "A 3-D microelectrode system for handling and caging single cells and particles" beschrieben, so dass der Inhalt dieser Veröffentlichung der vorliegenden Beschreibung in vollem Umfang zuzurechnen ist. Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff eines Feldkäfigs ist jedoch allgemein zu verstehen und nicht auf die bekannten konstruktiven Gestaltungen von Feldkäfigen beschränkt. Vielmehr umfasst der Begriff eines Feldkäfigs im Sinne der Erfindung alle dielektrophoretischen Halteelemente, wie beispielsweise auch einen sogenannten "Hook".Furthermore, a dielectrophoretic field cage is preferably arranged in the common process space in order to fix the particles. One of the like fixation of the particles in the field cage, for example, is advantageous because the particles can be better examined in the fixed state, for which purpose a third measuring station is preferably provided which examines the particles fixed in the field cage. The structure and operation of a field cage is described, for example, in the publication MÜLLER, T. et al .: "A 3-D microelectrode system for handling and caging single cells and particles" already mentioned in the introduction, so that the content of this publication of the present Description is fully attributable. However, the term field cage used in the invention is to be understood generally and is not limited to the known structural designs of field cages. Rather, the term of a field cage in the context of the invention includes all dielectrophoretic holding elements, such as a so-called "hook".

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Feldkäfig in dem Prozessraum bezüglich der Strömungsrichtung im Wesentlichen mittig zwischen den beiden Trägerströmen angeordnet. Ohne eine externe Ansteuerung strömen die in den beiden Trägerströmen suspendierten Partikel deshalb seitlich an dem Feldkäfig vorbei und werden von diesem nicht fixiert.In a preferred embodiment of Invention is the field cage in the process room the flow direction arranged substantially centrally between the two carrier streams. Without an external Control flow which suspended in the two carrier streams Particles therefore laterally past the field cage and are from this not fixed.

Zwischen den beiden Messstationen für die Untersuchung der verschiedenen Partikel und dem Feldkäfig ist deshalb vorzugsweise eine Selektionseinheit angeordnet, die bestimmte Partikel aus dem ersten Trägerstrom und/oder aus dem zweiten Trägerstrom selektiert und dem Feldkäfig zuführt, damit dieser die Partikel fixieren kann. Die Selektionseinheit weist vorzugsweise eine dielektrophoretische Elektrodenanordnung auf, wie sie in der bereits eingangs erwähnten Veröffentlichung von MÜLLER, T. et al.: "A 3-D microelectrode system for handling and caging single cells and particles" beschrieben ist und dort als "Funnel" bezeichnet wird. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich des Aufbaus der Selektionseinheit nicht auf dieses an sich bekannte Konstruktionsprinzip beschränkt.Between the two measuring stations for the investigation of the different particles and the field cage is Therefore, preferably a selection unit is arranged, the particular Particles from the first carrier stream and / or from the second carrier stream selected and the field cage supplies, so that it can fix the particles. The selection unit points Preferably, a dielectrophoretic electrode assembly, such as they in the already mentioned publication from MÜLLER, T. et al .: "A 3-D Microelectrode system for handling and caging single cells and particles "is described and there referred to as "Funnel". However, the invention is not with regard to the structure of the selection unit limited to this per se known design principle.

Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Selektionseinheit die in dem ersten Trägerstrom suspendierten Partikel und die in dem zweiten Trägerstrom suspendierten Partikel vorzugsweise unabhängig voneinander selektieren und dem Feldkäfig zuführen kann. Hierbei kann die Selektionseinheit also wahlweise die in dem ersten Trägerstrom suspendierten Partikel oder die in dem zweiten Trägerstrom suspendierten Partikel selektieren und dem Feldkäfig zuführen. Die Auswahl der zu selektierenden Partikel kann hierbei in Abhängigkeit von dem Untersuchungsergebnis in den beiden Messstationen erfolgen. Beispielsweise kann ein in dem ersten Trägerstrom suspendierter Partikel selektiert und dem Feldkäfig zugeführt werden, wenn die vorangegangene Untersuchung in der ersten Messstation ein bestimmtes Untersuchungsergebnis erbracht hat. Entsprechend kann ein in dem zweiten Trägerstrom suspendierter Partikel selektiert und dem Feldkäfig zugeführt werden, wenn die vorangegangene Untersuchung dieses Partikels in der zweiten Messstation ein bestimmtes Untersuchungsergebnis erbracht hat.Farther is to mention in that the selection unit comprises the particles suspended in the first carrier stream and those suspended in the second carrier stream Particles preferably independently select and the field cage can supply. In this case, the selection unit can thus optionally in the first carrier power suspended particles or in the second carrier stream select suspended particles and deliver them to the field cage. The selection of the to be selected Particles can depend on this from the examination result in the two measuring stations. For example, a particle suspended in the first carrier stream selected and the field cage supplied when the previous examination in the first measuring station has yielded a specific examination result. Accordingly in the second carrier stream suspended particles and fed to the field cage, if the preceding Examination of this particle in the second measuring station a specific one Result of the investigation.

Es ist jedoch im Rahmen der Erfindung auch möglich, dass die in den beiden Trägerströmen suspendierten Partikel gemeinsam selektiert und zur Paarbildung in dem Feldkäfig zusammengeführt werden.It However, in the context of the invention is also possible that in the two Carrier streams suspended Particles are selected together and merged for pairing in the field cage.

Ferner kann in einer oder mehreren Trägerstromzuleitungen, in dem Prozessraum und/oder in einer oder mehreren Ausgangsleitungen eine Zentriereinheit angeordnet sein, welche die in dem Trägerstrom suspendierten Partikel zentriert. Auf diese Weise wird vorteilhaft eine Partikelablagerung und -anhaftung an der Innenwand der Trägerstromzuleitungen, des Prozessraums bzw. der Ausgangsleitung verhindert. Eine derartige Zentriereinheit weist vorzugsweise eine dielektrophoretische Elektrodenanordnung auf, wie sie beispielsweise in der bereits eingangs erwähnten Veröffentlichung von MÜLLER, T. et al.: "A 3-D microelectrode system for handling and caging single cells and particles" beschrieben ist und dort als "Funnel" bezeichnet wird. Der Inhalt dieser Veröffentlichung ist deshalb der vorliegenden Beschreibung hinsichtlich der Gestaltung der Zentriereinheit zuzurechnen.Further may be in one or more carrier power supply lines, in the process space and / or in one or more output lines a centering unit may be arranged which in the carrier stream centered suspended particle. This will be beneficial particle deposition and adhesion to the inner wall of the carrier power supply lines, of the process space or the output line prevented. Such Centering unit preferably has a dielectrophoretic electrode arrangement on, as for example in the already mentioned publication from MÜLLER, T. et al .: "A 3-D Microelectrode system for handling and caging single cells and particles "is described and there referred to as "Funnel". The content of this publication is therefore the present description in terms of design attributable to the centering unit.

Darüber hinaus kann in einer oder mehreren Trägerstromzuleitungen, in dem Prozessraum oder in einer oder mehreren Ausgangsleitungen auch eine Halteeinheit angeordnet sein, welche die in dem Trägerstrom suspendierten Partikel vorübergehend festhält. Am Eingang des erfindungsgemäßen mikrofluidischen Systems kann eine derartige Halteeinheit dann stets einen bestimmten Vorrat an Partikeln bereithalten. Am Ausgang des mikrofluidischen System ermöglicht eine derartige Halteeinheit ebenfalls eine vorübergehende Fixierung der Partikel, was beispielsweise bei einem Batch-Betrieb sinnvoll sein kann. Vorzugsweise weist eine derartige Halteeinheit eine dielektrophoretische Elektrodenanordnung auf, die an sich bekannt ist und üblicherweise als "Hook" bezeichnet wird.Furthermore may be in one or more carrier power supply lines, in the process room or in one or more output lines Also, a holding unit may be arranged, which in the carrier stream suspended particles temporarily holds. At the entrance of the microfluidic according to the invention Systems, such a holding unit then always a certain Stock of particles ready. At the output of the microfluidic System allows such a holding unit also a temporary fixation of the particles, which can be useful, for example, in batch mode. Preferably such a holding unit has a dielectrophoretic electrode arrangement which is known per se and commonly referred to as a "hook".

Weiterhin münden aus dem Prozessraum vorzugsweise mehrere Trägerstromausgangsleitungen aus, wobei die Partikel auf die verschiedenen Trägerstromausgangsleitungen sortiert werden können. Hierzu ist vorzugsweise eine Sortiereinheit vorgesehen, die vorzugsweise in dem stromabwärts gelegenen Bereich des Prozessraums angeordnet ist und die Sortierung auf die verschiedenen Trägerstromausgangsleitungen vornimmt. Die Sor tiereinheit weist vorzugsweise eine dielektrophoretische Elektrodenanordnung auf, wie sie beispielsweise in der bereits eingangs erwähnten Veröffentlichung von MÜLLER, T. et al.: "A 3-D microelectrode system for handling and caging single cells and particles" beschrieben ist und dort als "Switch" bezeichnet wird. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich des Aufbaus und der Funktionsweise der Sortiereinheit nicht auf dieses an sich bekannte Konstruktionsprinzip beschränkt.Furthermore, a plurality of carrier power output lines preferably lead out of the process space, wherein the particles can be sorted onto the various carrier power output lines. For this purpose, a sorting unit is preferably provided, which is preferably arranged in the downstream region of the process space and performs the sorting on the various carrier current output lines. The sorters The invention preferably has a dielectrophoretic electrode arrangement, as described, for example, in the publication by MÜLLER, T. et al .: "A 3-D microelectrode system for handling and caging single cells and particles" already mentioned above, where it is used as a "switch". referred to as. However, the invention is not limited in terms of the structure and operation of the sorting unit to this per se known design principle.

Die Ansteuerung der Sortiereinheit zur Sortierung der Partikel auf die verschiedenen Trägerstromausgangsleitungen erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit von der Untersuchung der Partikel in dem Prozessraum. Hierbei kann die Sortierung ausschließlich in Abhängigkeit von der Untersuchung der in dem Feldkäfig fixierten Partikel erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Sortierung nur in Abhängigkeit von der Untersuchung der Partikel in den getrennten Trägerströmen erfolgt. Darüber hinaus kann die Sortierung auch in Abhängigkeit von sämtlichen Untersuchungen erfolgen, die in dem Prozessraum durchgeführt werden.The Control of the sorting unit for sorting the particles on the different carrier power output lines is preferably in dependence from examining the particles in the process space. Here can the sorting exclusively dependent on from the examination of the particles fixed in the field cage. However, it is also possible that sorting only depending from the examination of the particles in the separate carrier streams. About that In addition, the sorting can also be dependent on all investigations carried out in the process room.

Vorzugsweise mündet hierbei eine der Trägerstromausgangsleitungen in einer Strömungslinie hinter dem Feldkäfig aus dem Prozessraum aus, so dass die von dem Feldkäfig freigegebenen Partikel ohne eine aktive Ansteuerung der Sortiereinheit über diese Trägerstromausgangsleitung abgeführt werden. Die anderen Trägerstromausgangsleitungen münden dagegen vorzugsweise gegenüber der Strömungslinie hinter dem Feldkäfig seitlich versetzt aus dem Prozessraum aus, so dass eine aktive Ansteuerung der Sortiereinheit erforderlich ist, um die von dem Feldkäfig freigegebenen Partikel über diese seitlich versetzten Trägerstromausgangsleitung abzuführen.Preferably ends one of the carrier power output lines behind in a streamline the field cage out of the process room so that the shared by the field cage Particles without an active control of the sorting unit on this Carrier power output line dissipated become. The other carrier power output lines open against it preferably opposite the flow line behind the field cage laterally offset from the process space, so that an active control the sorting unit is required to clear the field cage Particles over this laterally offset carrier current output line dissipate.

Die in der Strömungslinie hinter dem Feldkäfig ausmündende Trägerstromausgangsleitung wird vorzugsweise zur Abführung solcher Partikel benutzt, die in den Trägerströmen häufig vorkommen, wohingegen die seitlich versetzten Trägerstromausgangsleitungen vorzugsweise zur Abführung von Partikeln benutzt werden, die in den Trägerströmen seltener vorkommen. Dies ist vorteilhaft, da die Sortiereinheit auf diese Weise seltener aktiv angesteuert werden muss.The in the flow line behind the field cage opening out Carrier power output line is preferably for removal of such particles that are common in the carrier streams, whereas the laterally offset carrier power output lines preferably for removal be used by particles that occur less frequently in the carrier streams. This is advantageous because the sorting unit in this way less often must be actively controlled.

Ferner ist zu erwähnen, dass die Erfindung nicht nur das vorstehend beschriebene mikrofluidische System als Einzelteil, wie beispielsweise als Chip, umfasst, sondern auch einen Zellsortierer und einen Zellfusionierer mit einem derartigen mikrofluidischen System betrifft.Further is to mention that the invention not only the microfluidic System as a single part, such as a chip includes, but also a cell sorter and a cell fusioner with such microfluidic system.

Hinsichtlich der Einzelheiten der Zellfusion wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Patentanmeldung DE 198 59 459 A1 verwiesen, wobei der Inhalt dieser Patentanmeldung der vorliegenden Beschreibung hinsichtlich der Zellfusion zuzurechnen ist.Regarding the details of cell fusion is to avoid repetition of the patent application DE 198 59 459 A1 The content of this patent application is attributable to the present invention in terms of cell fusion.

In einer Variante der Erfindung erfolgt in dem erfindungsgemäßen mikrofluidischen System zuerst eine Zellfusion und anschließend eine Untersuchung des entstandenen Zellpaars. In Abhängigkeit von dem Ergebnis dieser Untersuchung erfolgt dann eine Sortierung auf eine von mehreren Ausgangsleitungen.In A variant of the invention takes place in the microfluidic according to the invention System first a cell fusion and then a study of the resulting cell pairs. Dependent on the result of this examination is then sorted on one of several output lines.

Darüber hinaus umfasst die Erfindung auch ein entsprechendes Betriebsverfahren, das bereits vorstehend beschrieben wurde.Furthermore the invention also encompasses a corresponding operating method, which has already been described above.

Weiterhin ist zu erwähnen, dass der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff eines Partikels allgemein zu verstehen ist und nicht auf einzelne biologische Zellen beschränkt ist. Vielmehr umfasst dieser Begriff auch synthetische oder biolo gische Partikel, wobei sich besondere Vorteile ergeben, wenn die Partikel biologische Materialien, also beispielsweise biologische Zellen, Zellgruppen, Zellbestandteile oder biologisch relevante Makromoleküle, jeweils ggf. im Verbund mit anderen biologischen Partikeln oder synthetischen Trägerpartikeln umfassen. Synthetische Partikel können feste Partikel, flüssige, vom Suspensionsmedium abgegrenzte Teilchen oder Mehrphasenpartikel umfassen, die gegenüber dem Suspensionsmedium in dem Trägerstrom eine getrennte Phase bilden.Farther is to mention that of the term used in the invention of a particle in general is understood and is not limited to individual biological cells. Rather, this term also includes synthetic or biological Particles, with particular benefits arise when the particles biological materials, such as biological cells, Cell groups, cell components or biologically relevant macromolecules, in each case if necessary in association with other biological particles or synthetic carrier particles include. Synthetic particles can be solid particles, liquid, from the suspension medium delimited particles or multiphase particles which are opposite to the suspension medium in the carrier stream form a separate phase.

Schließlich ist der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff eines mikrofluidischen Systems allgemein zu verstehen und bedeutet vorzugsweise, dass die Abmessungen der Trägerstromzuleitungen, des Prozessraums und der Trägerstromausgangsleitungen so klein sind, dass der Trägerstrom laminar ist, ohne dass sich Wirbel bilden. Darüber hinaus ist zu erwähnen, dass die Breite der Trägerstromzuleitungen, des Prozessraums und der Trägerstromausgangsleitungen vorzugsweise im Bereich eines Mehrfachen (z.B. das 10- bis 400-fache) des Partikeldurchmessers liegen.Finally is the term used in the invention of a microfluidic Systems generally understand and preferably means that the Dimensions of the carrier power supply lines, the Process room and the carrier power output lines are so small that the carrier current laminar, without forming vortices. In addition, it should be mentioned that the width of the carrier power supply lines, the process space and the carrier power output lines preferably in the range of a multiple (e.g., 10 to 400 times) of the particle diameter are.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der einzigen Figur näher erläutert. Es zeigen:Other advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims or will be discussed below together with the description of the preferred Embodiment of Invention explained in more detail with reference to the single figure. Show it:

1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen mikrofluidischen System in einem Sortierchip eines Zellsortierers sowie 1 An embodiment of a microfluidic system according to the invention in a sorting chip of a cell sorter and

2 ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen mikrofluidischen Systems zur Zellfusion. 2 an alternative embodiment of a microfluidic cell fusion system according to the invention.

Hierbei münden zwei Trägerstromzuleitungen 1, 2 in einen Prozessraum 3, wobei über die beiden Trägerstromzuleitungen 1, 2 jeweils suspendierte Partikel 4, 5 zugeführt werden.This leads to two carrier power supply lines 1 . 2 in a process room 3 , Wherein the two carrier power supply lines 1 . 2 each suspended particles 4 . 5 be supplied.

In den beiden Trägerstromzuleitungen 1, 2 ist jeweils eine trichterförmige Elektrodenanordnung 6, 7 angeordnet, um die in den Trägerströmen der beiden Trägerstromzuleitungen 1, 2 suspendierten Partikel 4, 5 zu zentrieren. Der Aufbau und die Funktionsweise der Elektrodenanordnungen 6, 7 ist an sich bekannt und beispielsweise in der bereits eingangs erwähnten Veröffentlichung MÜLLER, T. et al.: "A 3-D microelectrode system for handling and caging single cells and particles" beschrieben.In the two carrier power supply lines 1 . 2 is in each case a funnel-shaped electrode arrangement 6 . 7 arranged to the in the carrier currents of the two carrier power supply lines 1 . 2 suspended particles 4 . 5 to center. The structure and operation of the electrode assemblies 6 . 7 is known per se and described, for example, in the already mentioned publication MÜLLER, T. et al .: "A 3-D microelectrode system for handling and caging single cells and particles".

In dem Prozessraum 3 befindet sich in einem stromaufwärts gelegenen Untersuchungsbereich an der Mündungsstelle der beiden Trägerstromzuleitungen 1, 2 eine Trennwand 8, so dass die in den Trägerströmen der beiden Trägerstromzuleitungen 1, 2 suspendierten Partikel 4, 5 in dem Prozessraum 3 zunächst parallel nebeneinander und getrennt voneinander geführt werden. Die Trennwand 8 ist deshalb für die beiden Trägerströme und für die darin suspendierten Partikel 4, 5 undurchlässig.In the process room 3 is located in an upstream investigation area at the confluence of the two carrier power supply lines 1 . 2 a partition 8th , so that in the carrier currents of the two carrier power supply lines 1 . 2 suspended particles 4 . 5 in the process room 3 initially parallel next to each other and are separated from each other. The partition 8th is therefore for the two carrier streams and for the particles suspended therein 4 . 5 impermeable.

Im Bereich der Trennwand 8 befinden sich in dem Prozessraum 3 zwei Messstationen 9, 10, um die suspendierten Partikel 4, 5 während des Vorbeiströmens einer Voruntersuchung zu unterziehen. Die Voruntersuchung kann in herkömmlicher Weise erfolgen und beispielsweise eine Durchlichtmessung oder eine fluoreszenzoptische Untersuchung umfassen.In the area of the partition 8th are in the process room 3 two measuring stations 9 . 10 to the suspended particles 4 . 5 to undergo a preliminary examination as it passes by. The preliminary examination can be carried out in a conventional manner and comprise, for example, a transmitted-light measurement or a fluorescence-optical examination.

Stromabwärts hinter den beiden Messstationen 9, 10 befindet sich in dem Prozessraum 3 eine trichterförmige Elektrodenanordnung 11, welche die in den beiden Teilströmen beiderseits der Trennwand 8 suspendierten Partikel 4, 5 zentriert und ei nem dielektrophoretischen Feldkäfig 12 zuführt, der die Partikel 4, 5 für eine Untersuchung in einer weiteren Messstation 13 fixieren kann. Der Aufbau und die Funktionsweise der Elektrodenanordnung 11 ist ebenfalls an sich bekannt und in der bereits vorstehend erwähnten Veröffentlichung von MÜLLER, T. et al.: "A 3-D microelectrode system for handling and caging single cells and particles" beschrieben. Die Elektrodenanordnung 11 weist jedoch in diesem Ausführungsbeispiel zwei Schenkel auf, die getrennt und unabhängig voneinander schaltbar sind.Downstream behind the two measuring stations 9 . 10 is located in the process room 3 a funnel-shaped electrode arrangement 11 , which in the two partial flows on both sides of the partition 8th suspended particles 4 . 5 centered and a dielectrophoretic field cage 12 feeds the particles 4 . 5 for an examination in another measuring station 13 can fix. The structure and operation of the electrode assembly 11 is also known per se and described in the previously mentioned publication by MÜLLER, T. et al .: "A 3-D microelectrode system for handling and caging single cells and particles". The electrode arrangement 11 However, in this embodiment has two legs, which are separated and independently switchable.

Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Untersuchung in der Messstation 13 ebenfalls in herkömmlicher Weise erfolgen kann und beispielsweise eine Durchlichtmessung oder eine Fluoreszenzmessung umfasst.Furthermore, it should be mentioned that the investigation in the measuring station 13 can also be done in a conventional manner and includes, for example, a transmitted light measurement or a fluorescence measurement.

Die Fixierung der Partikel 4, 5 in dem Feldkäfig 12 ist vorteilhaft, da die Partikel 4, 5 im ruhenden Zustand genauer untersucht werden können.The fixation of the particles 4 . 5 in the field cage 12 is beneficial because the particles 4 . 5 in the dormant state can be examined in more detail.

Hinter jeder der beiden Messstationen 9, 10 und vor der Elektrodenanordnung 11 kann zusätzlich jeweils ein Retardierungselement (Halteelemente) angeordnet sein, wobei diese beiden Retardierungselemente in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Die Elektrodenanordnung 11 würde hierbei nur angesteuert, wenn die beiden Retardierungselemente wirklich Partikel enthalten, wohingegen eine Ansteuerung der Elektrodenanordnung überflüssig ist, wenn sich in den Retardierungselementen keine Partikel befinden.Behind each of the two measuring stations 9 . 10 and in front of the electrode assembly 11 In addition, a respective retardation element (holding elements) may be arranged, wherein these two retardation elements are not shown in the drawing. The electrode arrangement 11 would be driven only if the two retardation elements really contain particles, whereas a control of the electrode assembly is superfluous, if there are no particles in the retardation.

Wenn der Partikel 4 in der Messstation 9 positiv bewertet wird und von der Elektrodenanordnung 11 in den Feldkäfig 12 gelenkt wird, sind die Eintrittselektroden (oder besser gesagt die stromaufwärts gelegenen Elektroden) des Feldkä figs 12 ausgeschaltet, und die stromabwärts gelegenen Elektroden angeschaltet. Der Partikel 4 wird so von den angeschalteten Elektroden an einer Bewegung mit der Strömung gehindert und praktisch gehaltert. Erst wenn der weitere Partikel 5 nach einer positiven Bewertung in der Messstation 10 von der Elektrodenanordnung 11 in den Feldkäfig 12 abgelenkt wird, werden auch die stromaufwärts gelegenen Elektroden angeschaltet.If the particle 4 in the measuring station 9 is evaluated positively and by the electrode arrangement 11 in the field cage 12 are steered are the entrance electrodes (or rather the upstream electrodes) of Feldkä figs 12 turned off, and the downstream electrodes turned on. The particle 4 is thus prevented by the electrodes connected to a movement with the flow and practically supported. Only when the other particles 5 after a positive evaluation in the measuring station 10 from the electrode assembly 11 in the field cage 12 is deflected, the upstream electrodes are turned on.

Alternativ besteht auch folgende Möglichkeit: Alle Elektroden des Feldkäfigs 12 sind angeschaltet und bilden für den Partikel 4 eine Barriere, die den Partikel 4 an einer Weiterbewegung hindert. Erst wenn der Partikel 5 auch in Richtung des Feldkäfigs 12 abgelenkt wurde, werden alle Elektroden kurz ausgeschaltet, so dass beide Partikel 4, 5 in den Feldkäfig gelangen können. Unmittelbar danach werden sie wieder angeschaltet.Alternatively, there is the following option: All electrodes of the field cage 12 are turned on and make up for the particle 4 a barrier to the particle 4 hinders progression. Only when the particle 5 also in the direction of the field cage 12 was deflected, all electrodes are switched off briefly, so that both particles 4 . 5 can get into the field cage. Immediately afterwards, they will be turned on again.

Stromabwärts hinter dem dielektrophoretischen Feldkäfig 12 befindet sich eine weitere Elektrodenanordnung 14, welche die in dem Trägerstrom suspendierten Partikel 4, 5 nach der Freigabe durch den Feldkäfig 12 in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Untersuchung in der Messstation 13 einer von drei Ausgangsleitungen 15, 16, 17 zuführt.Downstream of the dielectrophoretic field cage 12 there is another electrode arrangement 14 containing the particles suspended in the carrier stream 4 . 5 after release through the field cage 12 depending on the result of the examination in the measuring station 13 one of three output lines 15 . 16 . 17 supplies.

Die Ausgangsleitungen 15, 17 dienen zur Abführung der negativ selektierten Partikel 4, 5, während die Ausgangsleitung 16 der Weiterführung der positiv selektierten Partikel dient. Die Ausgangsleitung 16 mündet hierbei in der Strömungslinie hinter dem Feldkäfig 12 aus dem Prozessraum 3 aus, während die Ausgangsleitungen 15, 17 gegenüber der Strömungslinie hinter dem Feldkäfig 12 seitlich versetzt aus dem Prozessraum 3 ausmünden. Dies hat zur Folge, dass die von dem Feldkäfig 12 freigegebenen Partikel 4, 5 ohne eine äußere Kraft einwirkung in die Ausgangsleitung 16 gelangen. Die Elektrodenanordnung 14 muss also aktiv angesteuert werden, wenn die Partikel 4, 5 in die Ausgangsleitungen 15, 17 für die negativ selektierten Partikel 4, 5 befördert werden sollen, wohingegen keine Ansteuerung für die positiv selektierten Partikel 4, 5 erfolgt. Diese Anordnung eignet sich deshalb besonders bei solchen Untersuchungen, bei denen nur wenige der Partikel 4, 5 negativ selektiert werden.The output lines 15 . 17 serve to remove the negatively selected particles 4 . 5 while the output line 16 the continuation of the positively selected particles is used. The output line 16 flows here in the flow line behind the field cage 12 from the process room 3 off while the output lines 15 . 17 opposite the streamline behind the field cage 12 laterally offset from the process room 3 open out. this has As a result, that of the field cage 12 released particles 4 . 5 without an external force acting in the output line 16 reach. The electrode arrangement 14 must therefore be actively activated when the particles 4 . 5 in the output lines 15 . 17 for the negatively selected particles 4 . 5 whereas there is no control for the positively selected particles 4 . 5 he follows. This arrangement is therefore particularly suitable for such investigations in which only a few of the particles 4 . 5 negatively selected.

Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen mikrofluidischen Systems stimmt weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel überein, so dass ergänzend auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei im Folgenden für entsprechende Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.This in 2 illustrated embodiment of a microfluidic system according to the invention is largely consistent with the embodiment described above, so that reference is additionally made to the above description, wherein the following reference numerals are used below for corresponding components.

Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass die Partikel 4, 5 in dem mikrofluidischen System zu Hybridpaaren fusioniert werden sollen, wobei über die Trägerstromzuleitungen 1, 2 unterschiedliche Typen von Partikeln 4, 5 zugeführt werden.A special feature of this embodiment is that the particles 4 . 5 in the microfluidic system to be fused to hybrid pairs, via the carrier current leads 1 . 2 different types of particles 4 . 5 be supplied.

Der Feldkäfig 12 ist deshalb in diesem Ausführungsbeispiel etwas anders gestaltet und vereinigt die Funktionen einer Zentriereinheit (engl. "Funnel") und eines Feldkäfigs (engl. "Cage").The field cage 12 is therefore somewhat different in this embodiment and combines the functions of a centering unit (Engl. "Funnel") and a field cage (English "Cage").

Weiterhin bestehen die trichterförmigen Elektrodenanordnungen 6, 7 in den beiden Trägerstromzuleitungen 1, 2 hierbei jeweils aus mehreren trichterförmigen Elektroden, die galvanisch miteinander verbunden sind und gemeinsam angesteuert werden. Dies bietet den Vorteil einer verbesserten Zentrierwirkung.Furthermore, the funnel-shaped electrode arrangements exist 6 . 7 in the two carrier power supply lines 1 . 2 in each case from a plurality of funnel-shaped electrodes which are galvanically connected to each other and are driven together. This offers the advantage of an improved centering effect.

Darüber ist in den beiden Trägerstromzuleitungen 1, 2 stromaufwärts vor den trichterförmigen Elektrodenanordnungen 6, 7 jeweils eine Halteeinheit 18, 19 angeordnet, die aus einer dielektrophoretischen Elektrodenanordnung besteht. Die Halteeinheiten 18, 19 können die über die Trägerstromzuleitungen 6, 7 zugeführten Partikel 4, 5 zwischenspeichern, so dass am Eingang des mikrofluidischen Systems stets eine ausreichende Anzahl der Partikel 4, 5 für eine Paarbildung zur Verfügung steht. Die Elektrodenanordnungen der beiden Halteinheiten 18, 19 bestehen hierbei jeweils aus zwei Zick-Zack-förmigen Elektroden, die in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei die beiden Zick-Zack-förmigen Elektroden der Halteeinheiten 18, 19 galvanisch miteinander verbunden sind und gemeinsam angesteuert werden.Above that is in the two carrier power supply lines 1 . 2 upstream of the funnel-shaped electrode assemblies 6 . 7 one holding unit each 18 . 19 arranged, which consists of a dielectrophoretic electrode arrangement. The holding units 18 . 19 can the over the carrier power supply lines 6 . 7 supplied particles 4 . 5 caching, so that at the entrance of the microfluidic system always a sufficient number of particles 4 . 5 is available for a pairing. The electrode arrangements of the two holding units 18 . 19 each consist of two zig-zag-shaped electrodes, which are arranged one behind the other in the flow direction, wherein the two zig-zag-shaped electrodes of the holding units 18 . 19 are galvanically connected to each other and are controlled together.

Die Halteeinheit 18 und die Elektrodenanordnung 6 in der Trägerstromzuleitung 1 werden hierbei zeitlich koordiniert mit der Halteeinheit 19 und der Elektrodenanordnung 7 in der Trägerstromzuleitung 2 angesteuert. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass immer eine ausreichende Anzahl der Partikel 4, 5 beider Typen für die Paarbildung angesammelt wird. Darüber hinaus wird durch die zeitlich koordinierte Ansteuerung auch verhindert, dass sich die Partikel 4, 5 bei einer ungeeigneten Zellkonzentration zu stark verklumpen.The holding unit 18 and the electrode assembly 6 in the carrier power supply line 1 are coordinated in time with the holding unit 19 and the electrode assembly 7 in the carrier power supply line 2 driven. This ensures that there is always a sufficient number of particles 4 . 5 of both types for pairing is accumulated. In addition, the time-coordinated control also prevents the particles 4 . 5 clump too much at an inappropriate cell concentration.

Durch die trichterförmigen Elektrodenanordnungen 6, 7 werden die Partikel 4, 5 von den Kanalrändern hin zur Kanalmitte geführt und zugleich auch in z-Ebene angehoben, was zu einem verbesserten Partikelfluss beiträgt und verhindert, dass sich Zellen oder Aggregate an der Glasoberfläche leicht anhaften und zu einem Partikelstau führen. Die trichterförmigen Elektrodenanordnungen 6, 7 sind hierbei so angeordnet, dass beide Partikelströme sich nicht unkontrolliert vermischen.Through the funnel-shaped electrode arrangements 6 . 7 become the particles 4 . 5 led from the channel edges to the channel center and at the same time raised in the z-plane, which contributes to improved particle flow and prevents cells or aggregates to adhere easily to the glass surface and lead to a particle jam. The funnel-shaped electrode arrangements 6 . 7 are arranged so that both particle streams do not mix uncontrollably.

Ferner ist in der Ausgangsleitung 16 eine weitere Halteeinheit 20 angeordnet, die ebenfalls aus einer dielektrophoretischen Elektrodenanordnung besteht und ähnlich aufgebaut ist wie die Halteeinheiten 6, 7. Die Halteeinheit 20 ermöglicht es, ein in dem Feldkäfig 12 gebildetes Zellpaar vor der Weitergabe in der Ausgangsleitung 16 festzuhalten. Dies ist insbesondere bei einem batchweisen Betrieb des Mikrosystems vorteilhaft.Further, in the output line 16 another holding unit 20 arranged, which also consists of a dielectrophoretic electrode assembly and is constructed similar to the holding units 6 . 7 , The holding unit 20 allows one in the field cage 12 formed cell pair before passing in the output line 16 hold. This is particularly advantageous in batchwise operation of the microsystem.

Im Folgenden wird nun das Betriebsverfahren des in 2 dargestellte Mikrosystems beschrieben.In the following, the operating method of in 2 shown microsystem described.

Passieren die Partikel 4, 5 der beiden Zelltypen unabhängig von einander die Messstationen 9, 10, werden ihre optischen Eigenschaften registriert (z.B. Größe, Fluoreszenz, Durchlichteigenschaft, Phasenkontrast, Einzeln/Aggregat, Abstand zur nächsten Zelle). Das Ein- bzw. Freischalten des Feldkäfigs 12 wird über einen detektionsseitigen Trigger ausgelöst.Pass the particles 4 . 5 the two cell types independently of each other the measuring stations 9 . 10 , their optical properties are registered (eg size, fluorescence, transmitted properties, phase contrast, single / aggregate, distance to the next cell). The activation or deactivation of the field cage 12 is triggered via a detection-side trigger.

Erfüllt der jeweilige Partikel 4, 5 die ausgesuchten Zielkriterien nicht, werden die unabhängig zu schaltenden Schenkel der trichterförmigen Elektrodenanordnung 11 ausgeschaltet und der negativ evaluierte Partikel 4, 5 gelangt nach Passieren der Elektrodenanordnung 14 in die Ausgangsleitungen 15, 17. Alternativ können anstelle der trichterförmigen Elektrodenanordnung 11 (engl. "Funnel") zwei sogenannte Fast-Switches eingesetzt werden.Meets the particular particle 4 . 5 the selected target criteria are not, the independently switching leg of the funnel-shaped electrode assembly 11 switched off and the negatively evaluated particles 4 . 5 passes after passing the electrode assembly 14 in the output lines 15 . 17 , Alternatively, instead of the funnel-shaped electrode arrangement 11 (English "Funnel") two so-called fast-switches are used.

Ist einer der Partikel 4, 5 positiv evaluiert, werden die Einzelschenkel der Elektrodenanordnung 11 eingeschaltet und der Partikel 4, 5 gelangt vor den Feldkäfig 12, welcher der Paarbildung dient. Dies kann anstelle des Feldkäfigs 12 ein sogenannter "Hook" sein oder ein sogenannter "Hohlkammerfunnel" (auch mit mehreren Taschen, hier nicht gezeigt).Is one of the particles 4 . 5 positively evaluated, the individual legs of the electrode assembly 11 turned on and the particle 4 . 5 arrives in front of the field cage 12 , which serves for pairing. This may be in place of the field cage 12 a so-called "Hook" or a so-called "hollow chamber funnel" (also with several pockets, not shown here).

Ist durch die optische Detektion sichergestellt, dass die Paarbildung erfolgte, kann das Zellpaar das System passieren und wird in der mittleren Ausgangsleitung 16 ausgespült, bzw. bei batchweisem Abarbeiten in der Halteeinheit 20 zwischengespeichert.If the pairing is ensured by the optical detection, the pair of cells can pass the system and become in the middle output line 16 rinsed out, or in batchwise processing in the holding unit 20 cached.

Ansonsten wird durch die Sperrfunktion der pfeilförmigen Elektrodenanordnung 14 die mittlere Ausgangsleitung 16 dielektrisch verschlossen.Otherwise, the blocking function of the arrow-shaped electrode arrangement 14 the middle output line 16 dielectrically sealed.

Anspruchsvoller ist es, wenn die beiden Partikel 4, 5 erst in dem Feldkäfig 12 gezielt vereint werden sollen. Dann ist es sinnvoll, nach dem passieren der trichterförmigen Elektrodenanordnung 11 durch den positiv bewerteten Partikel 4, 5 den Partikel 4, 5 vor dem eingeschalteten Feldkäfig 12 zu halten. Wenn der zweite Partikel 4, 5 vor den Feldkäfig 12 gelangt, wird der Feldkäfig 12 kurz aus- und dann wieder angeschaltet. Das Partikelpaar ist dann gefangen. Alternativ ist es auch möglich zunächst nur den Feldkäfig 12 im Fangmodus zu betrieben. Hier sind die Strömungsabgewandten Elektrodenpaare angeschaltet, die in Strömung liegenden Bereich sind ausgeschaltet. Einer der Partikel 4, 5 wird im Käfigbereich gehalten. Erst wenn der zweite Partikel 4, 5 in den Zentralbereich des Feldkäfigs 12 gelangt, wird auch die strömungszugewandte Seite über ein Triggersignal angeschaltet Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen.Challenging it is when the two particles 4 . 5 first in the field cage 12 to be purposefully united. Then it makes sense, after passing through the funnel-shaped electrode assembly 11 through the positively valued particle 4 . 5 the particle 4 . 5 in front of the switched-on field cage 12 to keep. If the second particle 4 . 5 in front of the field cage 12 passes, becomes the field cage 12 short off and then on again. The particle pair is then trapped. Alternatively, it is also possible initially only the field cage 12 operated in catch mode. Here, the flow-remote electrode pairs are turned on, the area lying in flow are turned off. One of the particles 4 . 5 is kept in the cage area. Only when the second particle 4 . 5 in the central area of the field cage 12 The flow-facing side is also switched on via a trigger signal. The invention is not limited to the preferred embodiment described above. Rather, a variety of variants and modifications is possible, which also make use of the inventive idea and therefore fall within the scope.

11
TrägerstromzuleitungCarrier power supply
22
TrägerstromzuleitungCarrier power supply
33
Prozessraumprocess space
44
Partikelparticle
55
Partikelparticle
66
Elektrodenanordnungelectrode assembly
77
Elektrodenanordnungelectrode assembly
88th
Trennwandpartition wall
99
MessstationObserved
1010
MessstationObserved
1111
Elektrodenanordnungelectrode assembly
1212
Feldkäfigfield cage
1313
MessstationObserved
1414
Elektrodenanordnungelectrode assembly
1515
Ausgangsleitungoutput line
1616
Ausgangsleitungoutput line
1717
Ausgangsleitungoutput line
1818
Halteeinheitholding unit
1919
Halteeinheitholding unit
2020
Halteeinheitholding unit

Claims (29)

Mikrofluidisches System, insbesondere in einem Zellsortierer, mit – einer ersten Trägerstromzuleitung (1) zur Zuführung eines ersten Trägerstroms mit darin suspendierten Partikeln (4), – einer ersten Trägerstromausgangsleitung (15) zum Abführen mindestens eines Teils des Trägerstroms mit den darin suspendierten Partikeln (4), – einem Prozessraum (3) zur Untersuchung, Beobachtung, Manipulation und/oder Selektion der Partikel (4), wobei die erste Trägerstromzuleitung (1) in den Prozessraum (3) einmündet, während die erste Trägerstromausgangsleitung (15) aus dem Prozessraum (3) ausmündet, gekennzeichnet durch – mindestens eine zweite Trägerstromzuleitung (2) zur Zuführung eines zweiten Trägerstroms mit darin suspendierten Partikeln (5), wobei die zweite Trägerstromzuleitung (2) ebenfalls in den Prozessraum (3) einmündet.Microfluidic system, in particular in a cell sorter, having - a first carrier current supply line ( 1 ) for supplying a first carrier stream with particles suspended therein ( 4 ), - a first carrier current output line ( 15 ) for discharging at least part of the carrier stream with the particles suspended therein ( 4 ), - a process space ( 3 ) for the investigation, observation, manipulation and / or selection of the particles ( 4 ), wherein the first carrier current supply line ( 1 ) in the process room ( 3 ), while the first carrier current output line ( 15 ) from the process room ( 3 ), characterized by - at least one second carrier current supply line ( 2 ) for supplying a second carrier stream with particles suspended therein ( 5 ), wherein the second carrier current supply line ( 2 ) also in the process room ( 3 ). Mikrofluidisches System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch – eine erste Messstation (9) zur Untersuchung der in dem ersten Trägerstrom suspendierten Partikel (4) und – eine zweite Messstation (10) zur Untersuchung der in dem zweiten Trägerstrom suspendierten Partikel (5).Microfluidic system according to claim 1, characterized by - a first measuring station ( 9 ) for examining the particles suspended in the first carrier stream ( 4 ) and - a second measuring station ( 10 ) for examining the particles suspended in the second carrier stream ( 5 ). Mikrofluidisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Trägerstrom und der zweite Trägerstrom in dem Prozessraum (3) zumindest in einem stromaufwärts gelegenen Untersuchungsbereich nebeneinander verlaufen.Microfluidic system according to claim 1 or 2, characterized in that the first carrier flow and the second carrier flow in the process space ( 3 ) run next to each other at least in an upstream examination area. Mikrofluidisches System nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Messstation (9) in dem Untersuchungsbereich des Prozessraums (3) im Bereich des ersten Trägerstroms angeordnet ist, während die zweite Messstation (10) in dem Untersuchungsbereich des Prozessraums (3) im Bereich des zweiten Trägerstroms und bezüglich der Strömungsrichtung neben der ersten Messstation (9) angeordnet sind.Microfluidic system according to claim 2 and 3, characterized in that the first measuring station ( 9 ) in the examination area of the process space ( 3 ) is arranged in the region of the first carrier current, while the second measuring station ( 10 ) in the examination area of the process space ( 3 ) in the region of the second carrier flow and with respect to the flow direction next to the first measuring station ( 9 ) are arranged. Mikrofluidisches System nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Untersuchungsbereich des Prozessraums (3) eine Trennwand (8) zwischen dem ersten Trägerstrom und dem zweiten Trägerstrom angeordnet ist, wobei die Trennwand (8) für die Partikel (4, 5) und/oder für die Trägerströme undurchlässig ist.Microfluidic system according to claim 3 or 4, characterized in that in the examination area of the process space ( 3 ) a partition wall ( 8th ) is arranged between the first carrier flow and the second carrier flow, wherein the partition ( 8th ) for the particles ( 4 . 5 ) and / or is impermeable to the carrier streams. Mikrofluidisches System nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Prozessraum (3) ein dielektrophoretischer Feldkäfig (12) angeordnet ist, um die Partikel (4, 5) zu fixieren.Microfluidic system according to one of claims 3 to 5, characterized in that in the process space ( 3 ) a dielectrophoretic field cage ( 12 ) is arranged to the particles ( 4 . 5 ) to fi Xieren. Mikrofluidisches System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Feldkäfig (12) stromabwärts hinter der ersten Messstation (9) und der zweiten Messstation (10) angeordnet ist.Microfluidic system according to claim 6, characterized in that the field cage ( 12 ) downstream behind the first measuring station ( 9 ) and the second measuring station ( 10 ) is arranged. Mikrofluidisches System nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Feldkäfig (12) in dem Prozessraum (3) im Wesentlichen mittig zwischen den beiden Trägerströmen angeordnet ist.Microfluidic system according to claim 6 or 7, characterized in that the field cage ( 12 ) in the process space ( 3 ) is arranged substantially centrally between the two carrier streams. Mikrofluidisches System nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung zwischen den Messstationen (9, 10) und dem Feldkäfig (12) eine Selek tionseinheit (11) angeordnet ist, die bestimmte Partikel (4, 5) aus dem ersten Trägerstrom und/oder aus dem zweiten Trägerstrom selektiert und dem Feldkäfig (12) zuführt.Microfluidic system according to one of claims 6 to 8, characterized in that in the flow direction between the measuring stations ( 9 . 10 ) and the field cage ( 12 ) a selection unit ( 11 ), the particular particles ( 4 . 5 ) selected from the first carrier stream and / or from the second carrier stream and the field cage ( 12 ) feeds. Mikrofluidisches System nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch eine dritte Messstation (13) zur Untersuchung der in dem Feldkäfig (12) fixierten Partikel.Microfluidic system according to one of claims 6 to 9, characterized by a third measuring station ( 13 ) for examination in the field cage ( 12 ) fixed particles. Mikrofluidisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Trägerstromzuleitung (1) und/oder in der zweiten Trägerstromzuleitung (2) und/oder in dem Prozessraum (3) mindestens eine Zentriereinheit (6, 7) angeordnet ist, welche die Partikel (4, 5) zentriert.Microfluidic system according to one of the preceding claims, characterized in that in the first carrier current supply line ( 1 ) and / or in the second carrier power supply line ( 2 ) and / or in the process room ( 3 ) at least one centering unit ( 6 . 7 ) is arranged, which the particles ( 4 . 5 centered). Mikrofluidisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Trägerstromzuleitung (1) und/oder in der zweiten Trägerstromzuleitung (2) und/oder in dem Prozessraum (3) mindestens eine Halteeinheit (18, 19) angeordnet ist, welche die Partikel (4, 5) festhält.Microfluidic system according to one of the preceding claims, characterized in that in the first carrier current supply line ( 1 ) and / or in the second carrier power supply line ( 2 ) and / or in the process room ( 3 ) at least one holding unit ( 18 . 19 ) is arranged, which the particles ( 4 . 5 ) holds. Mikrofluidisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Prozessraum (3) mindestens eine zweite Trägerstromausgangsleitung (16) ausmündet.Microfluidic system according to one of the preceding claims, characterized in that from the process space ( 3 ) at least one second carrier current output line ( 16 ). Mikrofluidisches System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im stromabwärts gelegenen Bereich des Prozessraums (3) eine Sortiereinheit (14) angeordnet ist, welche die Partikel (4, 5) auf die erste Trägerstromausgangsleitung (15) oder auf die zweite Trägerstromausgangsleitung (16) sortiert.Microfluidic system according to claim 13, characterized in that in the downstream area of the process space ( 3 ) a sorting unit ( 14 ) is arranged, which the particles ( 4 . 5 ) on the first carrier current output line ( 15 ) or on the second carrier current output line ( 16 ) sorted. Mikrofluidisches System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Trägerstromausgangsleitung (16) in einer Strömungslinie hinter dem Feldkäfig (12) aus dem Prozessraum (3) ausmündet, während die zweite Trägerstromausgangsleitung (15) seitlich versetzt aus dem Prozessraum (3) ausmündet.Microfluidic system according to claim 14, characterized in that the second carrier current output line ( 16 ) in a flow line behind the field cage ( 12 ) from the process room ( 3 ), while the second carrier current output line ( 15 ) laterally offset from the process space ( 3 ). Mikrofluidisches System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Prozessraum (3) eine dritte Trägerstromausgangsleitung (17) ausmündet, wobei die dritte Trägerstromausgangsleitung (17) gegenüber der Strömungslinie hinter dem Feldkäfig (12) seitlich versetzt aus dem Prozessraum (3) ausmündet.Microfluidic system according to claim 15, characterized in that from the process space ( 3 ) a third carrier current output line ( 17 ), wherein the third carrier current output line ( 17 ) opposite the flow line behind the field cage ( 12 ) laterally offset from the process space ( 3 ). Mikrofluidisches System nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentriereinheit (6, 7), die Sortiereinheit (14), die Selektionseinheit (11) und/oder die Halteeinheit eine dielektrophoretische Elektrodenanordnung aufweist.Microfluidic system according to one of claims 9 to 16, characterized in that the centering unit ( 6 . 7 ), the sorting unit ( 14 ), the selection unit ( 11 ) and / or the holding unit has a dielectrophoretic electrode arrangement. Mikrofluidisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer der Trägerstromausgangsleitungen (15, 16, 17) eine Halteeinheit (20) angeordnet ist, um die Partikel (4, 5) in der Ausgangsleitung (16) zwischenzuspeichern.Microfluidic system according to one of the preceding claims, characterized in that in at least one of the carrier current output lines ( 15 . 16 . 17 ) a holding unit ( 20 ) is arranged to the particles ( 4 . 5 ) in the output line ( 16 ) buffer. Zellfusionierer mit einem mikrofluidischen System nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Cell fusioner with a microfluidic system according to one of the preceding claims. Zellsortierer mit einem mikrofluidischen System nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Cell sorter with a microfluidic system according to one of the preceding claims. Betriebsverfahren für ein mikrofluidisches System, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 18, mit den folgenden Schritten: – Zuführung eines ersten Trägerstroms mit darin suspendierten Partikeln (4) durch eine erste Trägerstromzuleitung (1) in einen Prozessraum (3) des mikrofluidischen Systems, – Untersuchung, Beobachtung, Manipulation und/oder Selektion der Partikel (4) in dem Prozessraum (3), – Abführen mindestens eines Teiles des ersten Trägerstroms mit den darin suspendierten Partikeln (4) durch eine erste Trägerstromausgangsleitung (15), gekennzeichnet durch folgenden Schritt: – Zuführung mindestens eines zweiten Trägerstroms mit darin suspendierten Partikeln (5) durch eine zweite Trägerstromzuleitung (2) in den Prozessraum (3).Operating method for a microfluidic system, in particular according to one of claims 1 to 18, comprising the following steps: feeding a first carrier stream with particles suspended therein ( 4 ) by a first carrier current supply line ( 1 ) into a process room ( 3 ) of the microfluidic system, - investigation, observation, manipulation and / or selection of the particles ( 4 ) in the process space ( 3 ), - discharging at least a part of the first carrier stream with the particles suspended therein ( 4 ) by a first carrier current output line ( 15 characterized by the following step: feeding at least one second carrier stream with particles suspended therein ( 5 ) by a second carrier current supply line ( 2 ) in the process room ( 3 ). Betriebsverfahren nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Untersuchung der in dem ersten Trägerstrom suspendierten Partikel (4) und – Untersuchung der in dem zweiten Trägerstrom suspendierten Partikel (5).Operating method according to claim 21, characterized by the following steps: - examination of the particles suspended in the first carrier stream ( 4 ) and - examination of the particles suspended in the second carrier stream ( 5 ). Betriebsverfahren nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch folgenden Schritt: – Selektion der in dem ersten Trägerstrom suspendierten Partikel (4) oder der in dem zweiten Trägerstrom suspendierten Partikel (5) in Abhängigkeit von der Untersuchung der in dem ersten Trägerstrom suspendierten Partikel (4) und/oder in Abhängigkeit von der Untersuchung der in dem zweiten Trägerstroms suspendierten Partikel (5).Operating method according to claim 22, characterized by the following step: - selection of the particles suspended in the first carrier stream ( 4 ) or the particles suspended in the second carrier stream ( 5 ) in dependence of investigating the particles suspended in the first carrier stream ( 4 ) and / or depending on the examination of the particles suspended in the second carrier stream ( 5 ). Betriebsverfahren nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch folgenden Schritt: – Fixierung der selektierten Partikel (4, 5) in einem dielektrophoretischen Feldkäfig (12).Operating method according to claim 23, characterized by the following step: - fixing of the selected particles ( 4 . 5 ) in a dielectrophoretic field cage ( 12 ). Betriebsverfahren nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch folgenden Schritt: – Untersuchung der in dem Feldkäfig (12) fixierten Partikel (4, 5).Operating method according to claim 24, characterized by the following step: - examination of the in the field cage ( 12 ) fixed particles ( 4 . 5 ). Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, gekennzeichnet durch folgenden Schritt: – Sortierung der Partikel (4, 5) auf eine von mehreren Trägerstromausgangsleitungen (15, 16, 17).Operating method according to one of claims 21 to 25, characterized by the following step: - sorting of the particles ( 4 . 5 ) to one of a plurality of carrier power output lines ( 15 . 16 . 17 ). Betriebsverfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Sortierung in Abhängigkeit von der Untersuchung der in dem Feldkäfig (12) fixierten Partikel (4, 5) erfolgt.Operating method according to claim 26, characterized in that the sorting is carried out in dependence on the examination of the in the field cage ( 12 ) fixed particles ( 4 . 5 ) he follows. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Untersuchung der in dem ersten Trägerstrom suspendierten Partikel (4) und/oder die Untersuchung der in dem zweiten Trägerstrom suspendierten Partikel (5) und/oder die Untersuchung der in dem Feldkäfig (12) fixierten Partikel (4, 5) eine Durchlichtmessung und/oder eine Fluoreszenzmessung umfasst.Operating method according to one of claims 21 to 27, characterized in that the investigation of the suspended in the first carrier stream particles ( 4 ) and / or examination of the particles suspended in the second carrier stream ( 5 ) and / or the investigation of in the field cage ( 12 ) fixed particles ( 4 . 5 ) comprises a transmitted light measurement and / or a fluorescence measurement. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die in der ersten Trägerstromzuleitung angeordnete Zentriereinheit und/oder Halteeinheit einerseits und die in der zweiten Trägerstromzuleitung angeordnete Zentriereinheit und/oder Halteinheit andererseits zeitlich koordiniert angesteuert werden.Operating method according to one of claims 21 to 28, characterized in that in the first carrier power supply line arranged centering and / or holding unit on the one hand and in the second carrier power supply line arranged centering and / or holding unit on the other hand temporally be controlled coordinated.
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