DE102004051573A1

DE102004051573A1 - Verfahren zur Behandlung einer Abfallflüssigkeit in Patronen und chemische Reaktions-Patrone, in der das Verfahren angewendet wird

Info

Publication number: DE102004051573A1
Application number: DE102004051573A
Authority: DE
Inventors: Kazuhisa Musashino Fukushima
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2004-10-22
Filing date: 2004-10-22
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2024-10-23
Also published as: DE102004051573B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Injektion eines flüssigen Absorbens in einen Abfallflüssigkeits-Behälter, der in einer versiegelten Diagnose-Patrone bzw. -Kassette vorgesehen ist, und die Absorption und die Gelierung von gefährlichen Substanzen, wie z. B. einer Abfallflüssigkeit, die eine Erkrankung verursachende Bakterien und dgl. oder die endokrine Sekretion unterbrechende Chemikalien enthält, in der Diagnose-Patrone bzw. -Kassette mittels des flüssigen Absorbens in dem Abfallflüssigkeits-Behälter, wodurch verhindert wird, dass die gefährlichen Substanzen in dem Abfallflüssigkeits-Behälter in die äußere Umgebung austreten. DOLLAR A Außerdem sind Öffnungen für einen Austritt nach außen in dem Abfallflüssigkeits-Behälter vorgesehen, wobei diese Öffnungen durch Filter blockiert sind, die nur ein Gas durch die Öffnungen passieren lassen, sodass der interne Flüssigkeits- bzw. Fluid-Transport leicht kontrolliert werden kann.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf verschiedene chemische Reaktions-Patronen bzw. -Kassetten, wie z.B. biologische Diagnose-Patronen bzw. -Kassetten für die Verwendung in genetischen Diagnose-Systemen oder biologische Sensor-Patronen bzw. -Kassetten für Umweltmessungen, insbesondere auf Patronen bzw. Kassetten mit einer versiegelten Struktur, in der gefährliche Substanzen, wie z.B. Bakterien, Viren oder die endokrine Sekretion unterbrechende Chemikalien eingeschlossen sind, sowie auf ein Verfahren und eine Struktur (Formkörper) für die Behandlung einer Abfallflüssigkeit, um zu verhindern, dass gefährliche Substanzen in den Patronen bzw. Kassetten aus diesen nach außen austreten, selbst wenn diese Patronen bzw. Kassetten beschädigt werden, sowie auf eine Struktur (Formkörper), die (der) die Transport-Kontrolle der Flüssigkeit bzw. des Fluids in diesen Patronen bzw. Kassetten erleichtert.

Vor kurzem sind biologische Diagnose-Patronen für die Verwendung in genetischen Diagnose-Systemen, biologische Sensor-Patronen für Umweltmessungen, Patronen für Analysen, wie in der Internationalen Publikation WO 01/013127 beschrieben, und dgl. entwickelt worden. In diesen Patronen-Typen – beispielsweise biologischen Diagnose-Patronen oder biologischen Sensor-Patronen für Umweltmessungen – muss verhindert werden, dass gefährliche Substanzen, die in den Proben enthalten sind, beispielsweise Viren oder die endokrine Sekretion unterbrechende Chemikalien, aus diesen in die äußere Umgebung austreten.

Obgleich einige Patronen so aufgebaut sind, dass sie eine Abfallflüssigkeit innerhalb der Patronen zurückhalten, beispielsweise die für Analysen verwendete Puffer-Flüssigkeit, tritt auch bei diesen Patronen das Problem auf, dass gefährliche Substanzen nach außen gelangen, wenn diese Patronen beschädigt werden.

Wie im Falle der oben genannten Patronen muss auch bei einem Lab-on-a-Chip (Labor-auf-einem-Chip) oder einem Fab-on-a-Chip (Fabrik-auf-einem-Chip), bei denen so genannte μTAS (Mikro-Gesamtanalysen-Systeme) angewendet werden, in denen Versuchskammern, Laboratorien, chemische Fabriken oder dgl. auf einem Chip vorliegen, verhindert werden, dass eine Abfallflüssigkeit in die äußere Umgebung gelangt.

Zusammenfassung der Erfindung

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, das oben genannte Problem zu lösen durch Bereitstellung eines Verfahrens zur Behandlung der Abfallflüssigkeit in Patronen bzw. Kassetten, wie z.B. Patronen (Kassetten) für genetische Diagnosen, biologischen Patronen (Kassetten), die Chips für Umweltmessungen enthalten, oder in einem Lab-on-a-Chip oder in einem Fab-on-a-Chip, in dem μTAS verwendet werden (nachstehend kollektiv als "chemische Reaktions-Patronen" bezeichnet), das eine Behandlung ermöglichen, um zu verhindern, dass gefährliche Substanzen, wie z.B. eine Abfallflüssigkeit, die eine Erkrankung hervorrufende Bakterien und dgl., oder die endokrine Sekretion unterbrechende Chemikalien enthält, in die äußere Umgebung gelangen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, chemische Reaktions-Patronen bzw. -Kassetten bereitzustellen, in denen das oben genannte Verfahren ange wendet wird, um gefährliche Substanzen zu gelieren, und die in der Lage sind, das Austreten von gefährlichen Substanzen in die äußere Umgebung zu verhindern, selbst wenn die Patronen bzw. Kassetten beschädigt werden.

Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, chemische Reaktions-Patronen bzw. -Kassetten bereitzustellen, in denen Öffnungen vorgesehen sind, um die Transport-Kontrolle eines internen Fluids (Flüssigkeit) zu erleichtern durch Blockieren der Öffnungen mit Filtern, die nur das Austreten eines Gases erlauben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 erläutert eine Ausführungsform einer chemischen Reaktions-Patrone gemäß der vorliegenden Erfindung;

2 zeigt eine Querschnittsansicht der in 1 dargestellten Patrone;

3 erläutert eine andere Ausführungsform einer chemischen Reaktions-Patrone gemäß der vorliegenden Erfindung; und

4 zeigt eine Querschnittsansicht der in 1 dargestellten Patrone.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

1 erläutert eine Ausführungsform einer chemischen Reaktions-Patrone gemäß der vorliegenden Erfindung. 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines ebenen Plattenelements 2, das eine chemische Reaktions-Patrone 1 umfasst. In dem ebenen Plattenelement 2 sind eine Vielzahl von Kammern 10 bis 16 und ein Strömungsweg 20, der die Kammern miteinander verbindet, angeordnet. Weder die Löcher der Kammern 10 bis 16 noch die Rille (Nut) des Strömungsweges 20 durchdringen das ebene Plattenelement 2.

Proben oder Messmuster (nachstehend allgemein als "Proben" bezeichnet) werden in eine Kammer 10 injiziert. Ein Reagens oder eine Behandlungsflüssigkeit, die mit den Proben gemischt werden soll, eine Reinigungsflüssigkeit oder dgl. sind in den andern Kammern 11 bis 14 in geeigneter Weise gelagert. Die Kammer 15 ist eine Reaktionskammer, in die Proben aus der Kammer 10, Behandlungsflüssigkeit aus den Kammern 11 bis 14 oder dgl. durch den Strömungsweg 20 eingeführt werden. In der Kammer 16 (nachstehend als "Behälter für eine Abfallflüssigkeit" bezeichnet) wird ein flüssiges Asorbens 17 gelagert, das die Abfallflüssigkeit absorbiert und zum Gelieren bringt.

Auf der oberen Oberfläche der chemischen Reaktions-Patrone, in der diese Kammern und der Strömungsweg angeordnet sind, befindet sich eine Versiegelungs-Abdeckung.

Die 2 zeigt eine Querschnittsansicht einer chemischen Reaktionskammer entlang der Achse A-A', in der die Abdeckung 30 auf die in der 1 dargestellte Patrone aufgebracht ist. Das Betriebsverfahren für eine solche chemische Reaktions-Patrone wird nachstehend erläutert. Das erforderliche Reagens oder die erforderliche Behandlungsflüssigkeit wird vorher in die Kammern 11 bis 14 injiziert. Nachdem eine Probe in die Kammer 10 injiziert worden ist, wird die Probe in die Reaktionskammer 15 überführt.

Als ein Beispiel für die Methoden zur Injektion von Proben in die Kammer 10 kann in der chemischen Reaktions-Patrone ein Einlass, hergestellt unter Verwendung eines elastischen Körpers, vorgesehen sein, in den eine Spritzennadel eingeführt wird, um die Proben zu injizieren.

Außerdem können zum Überführen (Transportieren) der Proben Transporttechniken, wie z.B. ein Druckbeaufschlagungsverfahren oder ein pneumatisches Druckbeaufschlagungsverfahren, angewendet werden. So wird beispielsweise im Falle der Anwendung des pneumatischen Druckbeaufschlagungsverfahrens ein poröser Film, der für Gase, wie z.B. Luft, durchlässig ist, der jedoch für Flüssigkeiten nicht durchlässig ist, als Abdeckung 30 verwendet, sodass Luft aus dem Abschnitt unmittelbar oberhalb der Kammer 10 durch den porösen Film hindurch in die Kammer 10 eintreten kann, sodass die Proben herausgepresst werden. Die gleiche Methode wird bei den anderen Kammern angewendet, um ihren Inhalt herauszupressen. Es sei darauf hingewiesen, dass es in diesem Fall erforderlich ist, zu verhindern, dass Luft in die Kammern, auf die ein pneumatischer Druck einwirken gelassen wird, eintreten oder aus diesen Kammern austreten kann, sodass durch den porösen Film hindurch keine Luft in die äußere Umgebung austritt.

Proben, ein Reagens, eine Behandlungsflüssigkeit oder dgl. werden so in geeigneter Weise in die Reaktionskammer 15 eingeführt. Die Messung einer reagierenden Substanz nach der Reaktion in der Reaktionskammer 15 erfolgt mittels eines äußeren Messinstruments durch Verwendung einer Elektrode (nicht dargestellt), die in die Reaktionskammer eingebettet ist, oder mittels eines Ablesegerätes (nicht dargestellt) durch ein transparentes Fenster (nicht dargestellt) hindurch, das in der oberen Oberfläche der Reaktionskammer 15 vorgesehen ist, wenn die Emission von Licht aus der reagierenden Substanz gemessen werden soll.

Während eine Reihe dieser Analysen-Behandlungen und -Messungen in der Patrone gemäß jeder Stufe der Verfahrensprotokolle durchgeführt wird, wird die bei diesen jeweiligen Gelegenheiten erzeugte Abfallflüssigkeit schließlich in dem Abfallflüssigkeits-Behälter 16 gesammelt. Das in dem Abfallflüssigkeits-Behälter 16 gelagerte flüssige Absorbens 17 absorbiert die Abfallflüssigkeit und bringt sie zum Gelieren, wodurch es möglich ist, gefährliche Substanzen, wie z.B. eine Abfallflüssigkeit, die eine Erkrankung verursachende Bakterien oder die endokrine Sekretion unterbrechende Chemikalien enthält, in dem Abfallflüssigkeits-Behälter 16 der Patrone sicher einzuschließen. Selbst wenn die Patrone beschädigt wird, gelangen die gefährlichen Substanzen nicht in die äußere Umgebung, weil sie bereits in ein Gel überführt worden sind. Die Gelie rung der Abfallflüssigkeit mittels des flüssigen Absorbens 17 verhindert auch ein Zurückfließen in die Reaktionskammer 15.

Der oben genannte Abfallflüssigkeits-Behälter 16 ist sehr vorteilhaft, da er die Patronen kleiner macht, weil er kein Ventil benötigt, um das Zurückfließen zu verhindern, und auch einen einfachen Aufbau hat.

Wie vorstehend erläutert, führt die vorliegende Erfindung zu den folgenden Effekten:

(1) Wenn gefährliche Substanzen in Patronen für genetische Diagnosen, in biologischen Patronen, die Chips für Umweltmessungen enthalten, in einem Lab-on-a-Chip oder einem Fab-on-a-Chip, in dem μTAS verwendet werden, oder dgl. gehandhabt werden, ist es möglich, leicht zu verhindern, dass diese gefährlichen Substanzen in die äußere Umgebung gelangen, selbst wenn diese Einrichtungen beschädigt werden.
(2) Es ist möglich, leicht zu verhindern, dass die Abfallflüssigkeit aus den Abfallflüssigkeits-Behältern zurückfließt.
(3) Es wird ein wirksames Abfallflüssigkeits-Behandlungsverfahren bereitgestellt durch Miniaturisierung der Patronen.

Es ist klar, dass die vorliegende Erfindung auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen nicht beschränkt ist. Es können vielmehr viele andere Veränderungen und Modifikationen der Erfindung vorgenommen werden, ohne dass dadurch der Geist und die wesentliche Charakteristik der hier beschriebenen Erfindung verlassen werden.

So ist es beispielsweise auch möglich, auf der Oberseite eines Abfallflüssigkeits-Behälters 16 in der in 3 dargestellten Endstufe eine Öffnung vorzusehen, um die interne Flüssigkeits- bzw. Fluid-Kontrolle zu erleichtern, und gleichzeitig zu verhindern, dass ein internes Fluid bzw. eine interne Flüssigkeit aus dem Abfallflüssigkeits-Behälter 16 sich in die äußere Umgebung ausbreitet. Der Unterschied zwischen der in Ziffer 3 dargestellten Patrone und der in den 1 und 2 dargestellten Patrone besteht in der Öffnung 31 für die Penetration nach außen, die in der Abdeckung 3 auf dem Abfallflüssigkeits-Behälter 16 vorgesehen ist.

Das Loch dieser Öffnung, die ein durchgehendes Loch umfasst, ist nicht auf ein Loch beschränkt und es können auch mehr als ein Loch vorgesehen sein. Das Loch braucht nicht notwendigerweise an einer speziellen Stelle angeordnet zu sein und es kann auch an mehr als einer Stelle angeordnet sein.

Wie in 4 dargestellt, ist die Öffnung 31 mit einem Filter 32 aus einem hydrophoben porösen Film versehen, der dadurch charakterisiert ist, dass er die Permeation eines Gases erlaubt, gegenüber einer Flüssigkeit und einem Feststoff jedoch einen Verschluss darstellt. Ein Filter 32 ist auf der Oberfläche, auf der Rückseite (wie in der Figur dargestellt), oder innerhalb der Abdeckung 3 angeordnet, sodass eine Abfallflüssigkeit aus der Öffnung 31 nicht austreten kann.

Wenn der Abfallflüssigkeits-Behälter 16 in der Endstufe eine versiegelte Struktur hat, muss die Luft aus dem Behälter abgezogen werden oder der Behälter muss mit einer Öffnung, die zur äußeren Umgebung hin offen ist, ausgestattet sein, um die Fluid- bzw. Flüssigkeitskontrolle der Kammern oder Strömungswege zu erleichtern. Eine solche Öffnung ist bei dieser Ausführungsform vorgesehen. Die Verhinderung des Austretens von Abfallflüssigkeit durch die Öffnung wird dadurch erzielt, dass das Austreten von Abfallflüssigkeit in die äußere Umgebung mittels eines Filters 32 verhindert und in Kombination damit die Gelierung der gefährlichen Abfallflüssigkeit selbst bewirkt wird, wodurch es erschwert wird, dass sich das Gel in die äußere Umgebung ausbreitet.

In diesen Patronen bzw. Kassetten wird nicht nur die Abfallflüssigkeit, sondern auch das bereits in den Kammern oder in den Strömungswegen vorhandene Gas in den Abfallflüssigkeits-Behälter 16 eingeführt. Jedoch ist der Filter 32 nur für das Gas permeabel und dieses tritt durch die Öffnung 31 in die äußere Umgebung aus. Auf diese Weise steigt der Atmosphärendruck in dem Abfallflüssigkeits-Behälter 16 oder in den anderen Kammern nicht an, wenn für den Transport der Flüssigkeit bzw. des Fluids Druck angewendet wird, wodurch die Kontrolle der internen Flüssigkeit bzw. des internen Fluids erleichtert wird. Aber selbst wenn die Beaufschlagung mit Druck für den Flüssigkeits- bzw. Fluid-Transport gestoppt wird, fließt die Flüssigkeit bzw. das Fluid in den Kammern oder in den Strömungswegen nicht zurück, weil innerhalb der Patrone kein Druckunterschied zum äußeren Atmosphärendruck herrscht.

Die Öffnung muss nicht notwendigerweise ein rundes Loch sein, sondern kann ein Loch mit jeder beliebigen Gestalt sein. Alternativ kann die Öffnung aus einer Vielzahl von Löchern oder aus einer netzartigen Struktur bestehen, vorausgesetzt, dass alle Löcher jeder Öffnung mittels Filtern verschlossen sind.

Obgleich bei dieser Ausführungsform eine Öffnung in der Abdeckung 3 vorgesehen ist, kann die Öffnung auch in dem ebenen Plattenelement 2 vorgesehen sein.

Claims

Verfahren zur Behandlung einer Abfallflüssigkeit in Patronen bzw. Kassetten, das die folgenden Stufen umfasst: Injizieren eines flüssigen Absorbens in einen Abfallflüssigkeits-Behälter, der in einer versiegelten chemischen Reaktions-Patrone bzw. -Kassette angeordnet ist; Absorbieren von gefährlichen Substanzen, wie z.B. einer Abfallflüssigkeit, die eine Erkrankung verursachende Bakterien und dgl. oder die endokrine Ausscheidung unterbrechende Chemikalien enthält, in der Patrone bzw. der Kassette durch das flüssige Absorbens in dem Abfallflüssigkeits-Behälter; und Gelieren der gefährlichen Substanzen.
Verfahren nach Anspruch 1 zur Behandlung einer Abfallflüssigkeit in Patronen bei dem die chemische Reaktions-Patrone eine Patrone für genetische Diagnosen, eine biologische Patrone, die einen Chip für Umweltmessungen enthält, oder ein Lab-on-a-Chip oder ein Fab-on-a-Chip, in dem ein μTAS verwendet wird, ist.
Versiegelte chemische Reaktions-Patrone bzw. -Kassette, in der ein Abfallflüssigkeits-Behälter vorgesehen ist für die Lagerung der Abfallflüssigkeit, nachdem eine Probe mit einem Reagens, einer Behandlungsflüssigkeit oder dgl. gemischt worden ist, und der so konfiguriert ist, dass er ein flüssiges Absorbens zum Absorbieren und Gelieren der Abfallflüssigkeit in dem Abfallflüssigkeits-Behälter und zum Überführen der eingeführten Abfallflüssigkeit in ein Gel enthält.
Chemische Reaktions-Patrone nach Anspruch 3, in der der Abfallflüssigkeits-Behälter mit einer oder einer Vielzahl von Öffnungen versehen ist, die einen Zugang zu der äußeren Umgebung verschaffen, wobei die Öffnungen durch Filter blockiert sind, die aus hydrophoben porösen Filmen hergestellt sind, die den Durchgang eines Gases, nicht jedoch den Durchgang einer Flüssigkeit oder eines festen Materials erlauben.
Chemische Reaktions-Patrone nach Anspruch 3 oder 4, die mit einer Vielzahl von Kammern jeweils für die Lagerung von Proben, Reagentien, Verarbeitungsflüssigkeit und dgl., mit einer Reaktionskammer, in welche die Proben, das Reagens, die Behandlungsflüssigkeit und dgl. eingeführt werden, und einem Strömungsweg zum Verbinden der Kammern mit dem Abfallflüssigkeits-Behälter ausgestattet ist und in der eine Einrichtung zur Überführung der Proben, des Reagens, der Behandlungsflüssigkeit und dgl. in die Reaktionskammer sowie zur Überführung der Abfallflüssigkeit in den Abfallflüssigkeits-Behälter vorgesehen ist.
Chemische Reaktions-Patrone bzw. -Kassette nach Anspruch 3 oder 4, bei der es sich um eine Patrone für genetische Diagnosen, um eine biologische Patrone, die einen Chip für Umweltmessungen enthält, oder einen Labon-a-Chip oder einen Fab-on-a-Chip, in dem ein μTAS verwendet wird, handelt.