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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betätigen einer
chemischen Reaktionspatrone.
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Teströhrchen,
Becher, Pipetten usw. werden allgemein für die Synthese, Auflösung, Erfassung, Trennung
usw. einer Lösung
verwendet. Zum Beispiel werden eine Substanz A und eine Substanz
B in Teströhrchen,
Becher oder ähnliches
gegeben. Die Substanzen A und B werden in andere Gefäße wie etwa
Teströhrchen
oder Becher eingespritzt, gemischt und gerührt, um eine Substanz C vorzubereiten.
Die Substanz C wird dann zum Beispiel auf Lichtemission, exothermische
Eigenschaften, Färbung, Kolorimetrie
usw. geprüft.
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Die
Mischsubstanz kann aber auch gefiltert oder zentrifugierend getrennt
werden, um eine Zielsubstanz zu extrahieren.
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Glasinstrumente
wie etwa Teströhrchen
oder Becher werden auch für
die Auflösung
verwendet, etwa für
die Auflösung
in einem organischen Lösungsmittel.
Im Fall einer Erfassung werden eine Testsubstanz A und ein Reaktionsmittel
in ein Gefäß gegeben,
wobei das Ergebnis der Reaktion beobachtet wird.
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Weiterhin
wird eine als „Biochip” bezeichnete Tasche
aus einem flexiblen Material und in der Form eines flachen Beutels
in einer Bioanalysevorrichtung oder ähnlichem verwendet (siehe z.
B.
JP 2002-365299
A ).
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13A und
13B sind
Konfigurationsansichten eines in der
JP 2002-365299 A beschriebenen
Biochips.
13A ist eine Schnittansicht
des Biochips.
13B ist eine Draufsicht auf
den Biochip. Eine flache Blutsammeltasche
41 mit hermetisch
gedichteten Außenteilen
weist einen zentralen Teil auf, der wie eine Luftblase geformt ist.
Ein Öffnungsteil
der Luftblasen-artigen Tasche ist mit einem Gummipfropfen
42 verschlossen.
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In
der Blutsammeltasche 41 sind ein Abnahmeteil 43,
ein Vorbehandlungsteil 44, eine Sammelteil 45 und
ein Abfallspeicherteil 47 nacheinander von dem Pfropfen 42 nach
innen hin angeordnet. Um Blut zu sammeln, wird der Pfropfen 42 in
eine Injektionsvorrichtung (nicht gezeigt) eingeführt. Im
Inneren der Injektionsvorrichtung steht eine Injektionsnadel vor, um
den Pfropfen 42 zu durchstoßen.
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Um
Blut zu sammeln, wird eine Person mit einem spitzen Ende der Nadel,
die aus der Injiziervorrichtung vorsteht, gestochen, wobei ein Ecke 431 der Sammeltasche 41 nach
außen
gedehnt ist, sodass das Blut in dem Abnahmeteil 43 gesammelt
wird. Nach dem Sammeln des Bluts wird die Injektionsvorrichtung
von der Blutsammeltasche getrennt. Dann wird wie in 14 gezeigt
die Blutsammeltasche 41 zwischen Drehrollen 61 und 62 geklemmt
und von dem Abnahmeteil 43 zu dem Vorbehandlungsteil 44 hin
zusammengedrückt.
Das gesammelte Blut wird auf diese Weise zu dem Vorbehandlungsteil 44 transportiert.
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Wenn
ein Beutelteil 48 gedrückt
wird, weil die Positionen der Rollen 61 und 62 verschoben
werden, bricht eine Lösung
in dem Beutelteil 48 ein Ventil 49 und fließt in den
Vorbehandlungsteil 44. Dann fließt in gleicher Weise eine Lösung in
einem Beutelteil 50 in den Vorbehandlungsteil 44.
Wenn eine vorbestimmte Behandlung in dem Vorbehandlungsteil abgeschlossen
ist, werden die Rollen derart positioniert, dass das behandelte
Blut in den Verbindungsteil 45 transportiert wird.
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Ein
DNA-Chip 46 ist in dem Verbindungsteil 45 angeordnet,
um eine Hybridisierung durchzuführen. Überflüssiges Blut
oder überflüssige Lösung, das
bzw. die aus dem Vorbehandlungsteil 44 herausgedrückt wird,
wird in dem Abfallspeicherteil 47 aufbewahrt. Der Zustand
des DNA-Chips nach der Hybridisierung wird durch eine außen angeordnete
Lesevorrichtung beobachtet.
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Bei
dieser Vorrichtung ergeben sich die folgenden Probleme.
- (1) Wenn eine Lösung
zu einer nächsten
Kammer transportiert wird, wird die Lösung mit Luft gemischt, weil
in der nächsten
Kammer Luft enthalten ist. Außerdem
wird die Lösung
durch den Rückdruck
der Luft zurück
geschoben.
- (2) Während
des Transports der Lösung
fließt
die Lösung
nicht nur in die nächste
Kammer, sondern auch in die Kammer oder in den Flusspfad, die bzw.
der auf die nächste
Kammer folgt.
- (3) Während
eines Erhitzens oder in Schwingungen Versetzens der Lösung fließt die Lösung zu anderen
Kammern.
- (4) Wenn eine Probe zu Beginn injiziert wird, wird Luft mit
der Probe gemischt. Weil die Probe manuell injiziert wird, ist außerdem die
Mengenkontrolle schlecht (d. h. es kann keine vorbestimmte Probenmenge
als Anfangsmenge für
die Reaktion verwendet werden).
- (5) Obwohl einfach eine Mischung (A + B) der Lösungen A
und B erhalten werden kann, kann unmöglich ein Aufbau (Kreuzaufbau)
für das
Extrahieren und Reinigen der DNA aus einer Probe unter Verwendung
von Kieselerde, magnetischen Partikeln oder ähnlichem erreicht werden.
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Die
US 6,426,230 B1 beschreibt
eine Einwegkartusche für
diagnostische Zwecke zur Durchführung
verschiedener Tests, wobei diese einen Hauptkanal aufweist und mehrere
Kammern, die sich links und rechts davon erstrecken. Die Kammern
sind über
Flusspfade mit dem Hauptkanal verbunden. Außerdem sind die linken Kammern
leer und die rechten Kammern sind mit einer Flüssigkeit gefüllt. Eine
zu prüfende
Lösung
wird injiziert und kann mit zwei Rollen stromabwärts in Richtung eines Ausgangs
verschoben werden. Außerdem
ist es möglich,
mit einer weiteren Rolle weitere Flüssigkeiten aus den rechten Kammern
zu Diagnosezwecken herauszuschieben.
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Die
DE 10 2004 023 217
A1 zeigt ein chemisches Reaktionsmodul, wobei eine Rolle
eine Flüssigkeit
durch Rollen durch verschiedene Kammern schiebt. Die Flüssigkeit
wird dadurch sequenziell durch die Kammern geschoben. Die Kammern
sind über
Flusspfade miteinander verbunden. Weiterhin ist gezeigt, dass anstatt
der Rolle auch ein Aktuator verwendet werden kann.
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Die
WO 03/099988 A1 zeigt
ein Verfahren zur Durchführung
von Tests mit flüssigen
und festen Proben. Hierbei wird eine erste Folie kontinuierlich mit
Hohlräumen
geprägt
in die flüssige
Proben eingefüllt
werden. Danach werden feste Proben in benachbarte Hohlräume eingelegt.
Nachfolgend wird eine zweite Folie über die erste Folie gelegt
und an bestimmten Stellen verschweißt. Mittels versetzter Rollen
welche hintereinander über
die Folien laufen, können
die flüssigen
Proben verschoben werden, so dass diese in Kontakt mit den festen
Proben gelangen. Auf diese Weise können verschiedene Tests ausgeführt werden.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betätigen einer
chemischen Reaktionspatrone anzugeben.
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Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte
Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
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Weil
bei diesem Verfahren zum Betätigen
der chemischen Reaktionspatrone die Drückteile zum gleichzeitigen
Blockieren aller Eingangs- und Ausgangs-Flusspfade einer Kammer
mit einer darin enthaltenen Fluidsubstanz verwendet werden, kann
verhindert werden, dass die Fluidsubstanz in eine nächste Kammer
und in eine darauf folgende Kammer fließt. Weiterhin kann verhindert
werden, dass die Fluidsubstanz zu anderen Kammern fließt, wenn die
Fluidsubstanz erhitzt oder in Schwingungen versetzt wird.
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Wenn
die Enden der Drückteile
in der Form von gekrümmten
Flächen
ausgebildet sind, können die
gekrümmten
Flächen
als kreisrunde oder nicht-kreisrunde Flächen ausgestaltet werden, je nach
dem Material der Patrone. Ein Schichtmaterial eines Reibungsreduktionsglieds
kann zwischen der Patrone und den gekrümmten Flächen angeordnet werden, oder
die Fläche
des Patrone kann mit einem derartigen Glied beschichtet werden,
um die Bewegung der Drückteile
zu glätten.
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1A und 1B sind
Außenansichten, die
ein Beispiel einer chemischen Reaktionspatrone zeigen.
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2A bis 2D sind
erläuternde
Ansichten, die ein anderes Beispiel (Nullvolumen-Aufbau) einer chemischen
Reaktionspatrone zeigen.
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3A bis 3C sind
erläuternde
Ansichten.
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4A bis 4D sind
erläuternde
Ansichten, die ein erfindungsgemäßes Verfahren
zeigen.
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5A bis 5E sind
erläuternde
Ansichten einer Reaktionspatrone mit mehreren Kammern.
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6A bis 6C sind
erläuternde
Ansichten.
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7A bis 7C sind
erläuternde
Ansichten eines Betätigungsmechanismus.
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8 ist
eine erläuternde
Ansicht eines Drückteils,
welches als Caterpillar ausgebildet ist.
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9A bis 9C sind
erläuternde
Ansichten.
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10A und 10B sind
erläuternde
Ansichten.
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11 ist
eine erläuternde
Ansicht mit einem Betätigungsglied.
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12 ist
eine erläuternde
Ansicht, die Betätigungsglieder
ohne Rollen zeigt.
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13A und 13B sind
Konfigurationsansichten eines Biochips aus dem Stand der Technik.
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14 ist
eine erläuternde
Ansicht zu einem Verfahren zum Betreiben eines Biochips aus dem Stand
der Technik.
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Im
Folgenden wird die Erfindung im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen
beschrieben. 1A und 1B sind
Außenansichten,
die ein Beispiel einer chemischen Reaktionspatrone zeigen.
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1A ist
eine perspektivische Ansicht der Patrone. 1B ist
eine Draufsicht auf die Patrone. Die Patrone 101 umfasst
einen elastischen Körper 103 aus
einem luftdichten elastischen Gummi sowie ein flaches Substrat 103 aus
einem starren Material. Es kann auch ein viskoelastischer Körper oder
ein Kunststoffkörper
als elastischer Körper 102 der
Patrone verwendet werden.
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Beispiele
für das
Material des Substrats 103 sind Glas, Metall, starres Kunstharz
und ein elastischer Körper.
Der elastische Körper 102 und
das Substrat 103 können
miteinander durch Kleben, Saugen (z. B. zwischen PDMS (PolyDiMethylSiloxan) und
Glas), Ultraschallbehandlung, Erhitzen, Plasmaklebebehandlung oder
Schwingungsschweißen verbunden
werden.
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Kammern
A1 bis A7, Flusspfade 105a bis 105f, Lufteinlasspfade 104a bis 104c,
ein gemeinsamer Lufteinlasspfad 104, Luftablasspfade 106a bis 106c und
ein gemeinsamer Luftablasspfad 106 sind in der Rückfläche des
elastischen Körpers 102 derart ausgebildet,
dass sie zu der Oberfläche
des elastischen Körpers 102 hin
hohl werden. Den Kammern und Pfaden entsprechende Bereiche steigen
konvex zu der Oberfläche
des elastischen Körpers 102.
Die Kammern A1 bis A7 sind Löcher,
in denen eine Lösung
gespeichert ist. Luft wird in die Kammern A1, A2 und A4 durch die
Lufteinlasspfade 104a bis 104c zugeführt. Die
Lufteinlasspfade 104a bis 104c sind mit dem gemeinsamen
Lufteinlasspfad 104 verbunden. Die Luft wird aus den Kammern
A3, A5 und A7 über die
Luftablasspfade 106a bis 106c abgelassen. Die Luftablasspfade 106a bis 106c sind
mit dem gemeinsamen Luftablasspfad 106 verbunden. Ein flacher Teil
der Rückfläche des
elastischen Körpers 102 neben
den Kammern, Flusspfaden, Lufteinlasspfaden und Luftablasspfaden
ist mit der Vorderfläche
des Substrats 103 verbunden. Daraus resultiert, dass die Kammern,
Flusspfade, Lufteinlasspfade und Luftablasspfade hermetisch mit
dem elastischen Körper 102 und
dem Substrat 103 gedichtet sind, um eine Struktur zu bilden,
die ein Lecken der Lösung
verhindert.
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2A bis 2D sind
erläuternde
Ansichten, die eine anderes Beispiel einer chemischen Reaktionspatrone
(mit einem Nullvolumen-Aufbau) zeigen.
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2A ist
eine Draufsicht auf die Patrone. Wie in 2B gezeigt,
umfasst die Patrone 111 einen elastischen Körper 117,
der luftdicht und elastisch ist, sowie ein flaches Substrat 118,
genauso wie in der zuvor beschriebenen Ausführungsform. Zum Beispiel können der
elastische Körper 117 und
das Substrat 118 aus PDMS (PolyDimethylSiloxan) hergestellt
werden. Eine Kammer C1 und Flusspfade 112 und 113 sind
in der Rückfläche des
elastischen Körpers 117 vorgesehen.
Die Kammer C1 ist ein Loch, in dem die Lösung gespeichert wird. Die
Lösung
fließt
durch die Flusspfade 112 und 113 in die Kammer
C1.
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Neben
der Kammer C1 sind Kammern C2 und C3 vorgesehen. Die Kammer C2 ist
mit der Kammer C1 über
einen Flusspfad 114 verbunden. Die Kammer C3 ist mit der
Kammer C2 über
einen Flusspfad 115 verbunden. In dem Bereich der Flusspfade 114 und 115 sowie
der Kammern C2 und C3 sind der elastische Körper 117 und das Substrat 118 nicht
klebend miteinander verbunden, sondern miteinander in Kontakt gebracht,
sodass das Volumen des Bereichs gleich null ist, bevor die Lösung in
den Bereich fließt oder
nachdem die Lösung
durch den Bereich geflossen ist. Es ist also kein Ablassen von Luft
erforderlich, weil keine Luft in den Flusspfaden und Kammern vorhanden
ist.
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Die
Kammer C1 und die Flusspfade 112 und 113 werden
durch die durchgezogene Linie von 2A wiedergegeben
und sind sichtbar, weil sie konvex zu der Oberfläche der Patro ne 111 steigen. Dagegen
sind die Flusspfade 114 und 115 sowie die Kammern
C2 und C3, die in 2A durch die unterbrochenen
Linien wiedergegeben werden, nicht sichtbar.
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Um
die Lösung
zu transportieren, wird die Patrone wie folgt betrieben.
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Wie
in 2A gezeigt, drückt
die Rolle 116 die Patrone 111 von oben derart,
dass die Vorderfläche
(die Flusspfade 112 und 113 sowie die Kammer C1)
der Patrone 111 gequetscht werden. Wenn die Rolle 116 gedreht
und in der Richtung des Pfeils nach rechts bewegt wird, bewegt sich
die in der Kammer C1 gespeicherte Lösung und fließt durch
den Flusspfad 114 in die Kammer C2. Wie in 2C gezeigt, werden
dabei der Flusspfad 114 und die Kammer C2, die zuvor ein
Nullvolumen aufweisen, zu einem Lösungspfad (Flusspfad 114)
und einem Reservoir (Kammer C) gewandelt, weil der elastische Körper 117 in
einem Teil des Flusspfads 114 und der Kammer C2 gegenüber dem
Substrat 118 durch den Einfluss der Lösung nach oben gedrückt wird.
Nachdem die Lösung
durch den Flusspfad 114 und die Kammer C2 nach oben gegangen
ist, wird das Volumen des Flusspfads 114 und der Kammer
C2 aufgrund der Wiederherstellungskraft des elastischen Körpers 117 wieder
gleich null.
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Wie
in 2D gezeigt, werden der Flusspfad 115 und
die Kammer C3 genauso wie oben beschrieben betätigt, sodass die Lösung von
der Kammer C2 durch den Flusspfad 115 in Übereinstimmung
mit der Bewegung der Rolle in die Kammer C3 fließt. Vor dem Einfließen der
Lösung
ist das Volumen des Flusspfads 115 und der Kammer C3 gleich
null. Ein Lösungspfad
(Flusspfad 115) und ein Reservoir (Kammer C3) werden in Übereinstimmung
mit dem Einfluss der Lösung
gebildet. Ein derartiger Aufbau kann gebildet werden, weil das Gefäß durch
den elastischen Körper 117 gebildet
wird.
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3A bis 3C sind
erläuternde
Ansichten.
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In 3A wird
eine Rolle 130a gegen die Patrone gedrückt, um einen Flusspfad 131a zu
blockieren, der einen Einlass bildet, durch den eine Lösung in
eine Kammer D1 eintritt. Eine Rolle 130b blockiert einen
Flusspfad 131b, der ein Auslass ist. Wenn alle Einlässe und
Auslässe
der Kammer durch eine Vielzahl von Rollen gleichzeitig blockiert
werden, kann verhindert werden, dass die Lösung in die nächste Kammer
sowie in die Flusspfade und die folgenden Kammern fließt, wenn
die Lösung
transportiert wird.
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Wie
in 3B gezeigt, wird ein Nachbar des Lösungsauslasses
der Kammer D1 durch die Rolle 130b blockiert, wobei die
Rolle 130b gesperrt wird, damit sich die Rolle 130b nicht
bewegen kann. Wenn die Rolle 130a in diesem Zustand gedreht
und in der Richtung des Pfeils bewegt wird, sodass die Kammer D1
zwischen den Rollen 130a und 130b eingeschlossen
ist, kann die Lösung
in der Kammer D1 unter Druck gesetzt werden.
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Wie
in 3C gezeigt, wird ein Nachbar des Lösungseinlasses
der Kammer D1 durch die Rolle 130a blockiert, wobei die
Rolle 130a gesperrt wird, damit sich die Rolle 130a nicht
bewegen kann. Wenn die Rolle 130b in diesem Zustand gedreht
und in der Richtung des Pfeils bewegt wird, sodass sie sich von der
Kammer D1 entfernt, kann der Druck der Lösung in der Kammer D1 reduziert
werden.
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4A bis 4D sind
erläuternde
Ansichten, die ein erfindungsgemäßes Verfahren
zeigen.
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4A, 4B und 4C zeigen
eine Zustandsänderung
in Übereinstimmung
mit der Bewegung der Rollen 132a, 132b und 132c in
der Richtung des Pfeils. Der schraffierte Bereich gibt das Vorhandensein
einer Lösung
wieder. Diese Ausführungsform
zeigt den Fall, dass ein Nullvolumen-Aufbau als Kammernaufbau verwendet
wird, wobei jedoch auch ein Aufbau mit Luftablasspfaden verwendet
werden kann.
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In 4A sind
Flusspfade 133a und 133b als Lösungseinlasse jeweils in den
Kammern E1 und E2 vorgesehen. Die Kammer E1 ist über einen Flusspfad 133c mit
einer Kammer E3 verbunden. Die Kammer E2 ist über einen Flusspfad 133d mit
der Kammer E3 verbunden. Ein Flusspfad 133e ist als Lösungsauslass
in der Kammer E3 vorgesehen. Die Kammern E1 und E2 sind miteinander
ausgerichtet, sodass die Lösungen
gleichzeitig durch eine Rolle transportiert werden können.
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Dir
Rolle 132a blockiert die Flusspfade 133a und 133b.
Die Rolle 132b blockiert die Flusspfade 133c und 133d.
Daraus resultiert, dass die Lösungen in
den Kammern E1 und E2 nicht in die Kammer E3 fließen können.
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4B zeigt
einen Zustand, in dem die Rollen 132a, 132b und 132c derart
bewegt wurden, dass sich die Rolle 132a auf den Kammern
E1 und E2 befindet, während
sich die Rolle 132b auf der Kammer E3 befindet. Die Lösungen in
den Kammern E1 und E2 wurden durch die Rolle 132a nach
außen
in die Kammern und Flusspfade zwischen den Rollen 132a und 132b gedrückt, wie
durch den schraffierten Bereich angegeben.
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4C zeigt
einen Zustand, in dem die Rollen 132a, 132b und 132c (132c ist
nicht gezeigt) weiter bewegt wurden, sodass sich die Rolle 132a auf den
Flusspfaden 133c und 133d befindet, während sich
die Rolle 132b auf dem Flusspfad 133e befindet. Die
Lösungen
in den Kammern E1 und E2 wurden durch die Rolle 132a nach
außen
gedrückt,
sodass sie in die Kammer E3 verschoben wurden, wie durch den schraffierten
Bereich angegeben.
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Die
Lösung
in der Kammer E3 kann nicht zurückfließen, weil
die Rolle 132a die Flusspfade 133c und 133d blockiert,
Gleichzeitig kann die Lösung
in der Kammer E3 nicht in die nächste
Kammer fließen, weil
die Rolle 132b den Flusspfad 133e blockiert.
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Weil
ein derartiger Aufbau verwendet wird, der den Einlass und den Auslass
jeder Kammer blockiert, kann ein Ausfließen der Lösung aus der Kammer auch dann
verhindert werden, wenn Hitze oder Schwingungen von außerhalb
der Patrone auf die in der Kammer gespeicherte Lösung einwirken.
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Diese
Ausführungsform
zeigt den Fall, dass die Lösungen
aus zwei Kammern in eine Kammer verschoben und miteinander in der
Kammer gemischt werden, wobei die Erfindung aber natürlich auch
auf den Fall angewendet werden kann, dass eine Lösung von einer Kammer zu einer
anderen Kammer transportiert wird, oder auf den Fall, dass zwei
oder mehr Kammern mit darin enthaltenen und zu mischenden Lösungen vorhanden
sind, sodass zwei oder mehr Arten von Lösungen gemischt werden können.
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Die
Erfindung kann auch auf den Fall angewendet werden, dass eine Lösung in
einer Kammer wie in 4D gezeigt, auf zwei Kammern
verteilt wird. In 4D sind die Operationen der
entsprechenden Rollen dieselben wie in 4A bis 4C.
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In 4D wird
eine Lösung
in einer Kammer E4 durch die Bewegung einer Rolle 132e herausgedrückt und über die
Flusspfade 133f und 133g auf die Kammern E5 und
E6 verteilt. Weil die Flusspfade 133f und 133g durch
die Rolle 132e blockiert werden, während die Flusspfade 133h und 133i durch
eine Rolle 132f blockiert werden, wird verhindert, dass
die Lösungen
aus den Kammern E5 und E6 heraus fließen.
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Diese
Ausführungsform
zeigt den Fall, dass das Ausfließen der Lösungen durch eine Rolle blockiert
wird, die sich parallel zu der Vorderfläche der Patrone bewegt, wobei
jedoch auch eine Blockiereinrichtung wie etwa ein Verschluss verwendet
werden kann, der sich in einer Richtung senkrecht zu der Vorderfläche der
Patrone bewegen kann, um Flusspfade zu blockieren.
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5A bis 5E sind
erläuternde
Ansichten einer Reaktionspatrone mit mehreren Kammern. Dieses Beispiel
wird mit Bezug auf den Fall beschrieben, dass die Extraktion eines
Bipolymers wie etwa DNA (Desoxyribonukleinsäure), RNA (Ribonukleinsäure), Protein
oder einer Zuckerkette bezweckt wird.
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In 5A bis 5E sind
Kammern F1 bis F13 in der Patrone vorgesehen. Die Kammern F6 bis F8
sind mit der Kammer F9 verbunden, die als gemeinsame Kammer dient.
Die Kammern F6 bis F8 sind in einer Spalte auf der linken Seite
der Kammer F9 angeordnet. Die Kammern F1 und F2 sind mit der Kammer
F6 verbunden, die als gemeinsame Kammer dient. Die Kammern F1 und
F2 sind in einer Spalte auf der linken Seite der Kammer F6 angeordnet.
Die Kammern F3 und F5 sind in derselben Spalte wie die Kammern F1
und F2 angeordnet. Die Kammer F3 ist mit der Kammer F7 verbunden.
Die Kammer F5 ist mit der Kammer F8 verbunden. Die Kammer F4 ist
mit der Kammer F5 verbunden und links von der Kammer F5 positioniert.
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Die
Kammer F10 ist mit der Kammer F9 verbunden und rechts von der Kammer
F9 positioniert. Die Kammern F11 bis F13 sind in einer Reihe angeordnet
und in einer Folge mit der Kammer F10 vorgesehen.
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Diese
Kammern sind mit regelmäßigen Intervallen
in der lateralen Richtung (in der Bewegungsrichtung der Rollen)
angeordnet. Rollen (der Einfachheit halber durch die Bezugszeichen 134a, 134b und 134c angegeben)
sind mit regelmäßigen Intervallen in
Entsprechung zu denjenigen der Kammern angeordnet.
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Übrigens
geben ähnliche
Kammermuster ähnliche
Inhalte wieder. Dieses Beispiel zeigt den Fall, dass ein Nullvolumen-Aufbau
als Kammernaufbau verwendet wird, wobei aber auch ein Aufbau mit Luftablasspfaden
verwendet werden kann. Dieses Beispiel zeigt den Fall, dass Rollen
als Drückteil
verwendet werden, wobei aber auch Betätigungsglieder des Kolbentyps
verwendet werden können.
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5A zeigt
einen Zustand, in dem die Rollen derart gesetzt sind, dass sie mit
Einlässen
und Auslässen
der Kammern ausgerichtet sind. Eine Probenlösung wird zuvor in der Kammer
F1 gespeichert. Eine lytische Lösung
wird zuvor in der Kammer F2 gespeichert. Ein DNA-Auffangmaterial
(Oberflächen-modifizierte
magnetische Partikeln) wird zuvor in der Kammer F3 gespeichert.
Eine Reinigungslösung
wird zuvor in der Kammer F4 gespeichert. Die anderen Kammern befinden
sich in einem Nullvolumen-Zustand.
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Die
Rollen drehen und bewegen sich in der Richtung des durchgezogenen
Pfeils. Die Rollen 134a, 134b und 134c drücken die
Einlässe
und Auslässe
der Kammern F1 bis F5, um zu verhindern, dass Fluide wie etwa die
Probenlösung
herausfließen.
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5B zeigt
einen Zustand, in dem die entsprechenden Rollen um die Distanz einer
Kammer in der Richtung des Pfeils gedreht und bewegt wurden. Dementsprechend
wurden die Probenlösung
in der Kammer F1 und die lytische Lösung in der Kammer F2 miteinander
in der Kammer F6 gemischt, während das
Auffangmaterial in der Kammer F3 in Übereinstimmung mit der Bewegung
der Rolle 134b in die Kammer F7 verschoben wurde.
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Die
Reinigungslösung
in der Kammer F4 wurde in Übereinstimmung
mit der Bewegung der Rolle 134a in die Kammer F5 verschoben,
Die Kammern F7, F5 und F8 sind ursprünglich leere Kammern und dienen
als Dummy-Kammern zum Anpassen des Zeitablaufs beim Transport des
Auffangmaterials und der Reinigungslösung in die Kammer F9. Das Vorhandensein
der Kammern F7, F5 und F8 ermöglicht
den Transport einer Ziellösung
in eine Zielkammer zu einem beliebigen Zeitpunkt in Übereinstimmung
mit der Bewegung der Rollen auf nur einer Achse.
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In
der Kammer F6 wird der Schritt zum Erhitzen der Mischlösung ausgeführt, um
eine Reaktion durchzuführen.
Zum Beispiel wird ein Peltier-Element verwendet, um die Mischlösung zu
erhitzen.
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Das
Volumen jeder Dummy-Kammer wird übrigens
gleich demjenigen einer Kammer gesetzt, in dem zu Beginn eine Lösung usw.
gespeichert wird.
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5C zeigt
einen Zustand, in dem die entsprechenden Rollen aus dem Zustand
von 9B um die Distanz einer Kammer in der Richtung
des Pfeils gedreht und bewegt wurden. Dementsprechend wurden die
Mischlösung
in der Kammer F6 und das DNA-Auffangmaterial
in der Kammer F7 miteinander in der Kammer F9 in Übereinstimmung
mit der Bewegung des Rolle 134b gemischt. Die Reinigungslösung in
der Kammer F5 wird in Übereinstimmung
mit der Bewegung der Rolle 134a in die Kammer F8 verschoben.
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In
der Kammer F9 wird die DNA in dem DNA-Auffangmaterial gefangen,
während
die als Auffangmaterial dienenden magnetischen Partikeln selbst
in der Kammer F9 gefangen werden, indem ein Magnetfeld angelegt
wird.
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5D zeigt
einen Zustand, in dem die entsprechenden Rollen aus dem Zustand
von 5C um die Distanz einer Kammer in der Richtung
des Pfeils gedreht und bewegt wurden. Dementsprechend wurde der
Abfall nach dem DNA-Auffangen in der Kammer F9 in Übereinstimmung
mit der Bewegung der Rolle 134b in die Kammer F10 verschoben. Die
Reinigungslösung
in der Kammer F8 wurde in Übereinstimmung
mit der Bewegung der Rolle 134a in die Kammer F9 verschoben.
In der Kammer F9 werden die magnetischen Partikeln mit der Reinigungslösung gereinigt.
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5E zeigt
einen Zustand, in dem die entsprechenden Rollen aus dem Zustand
von 5 um die Distanz einer Kammer
in der Richtung des Pfeils gedreht und bewegt wurden. Dementsprechend
wurde der Abfall in der Kammer F10 in Übereinstimmung mit der Bewegung
der Rolle 134b in die Kammer F11 bewegt. Die Reinigungslösung nach
dem Reinigen der Kammer F9 wurde in Übereinstimmung mit der Bewegung
der Rolle 134a in die Kammer F10 transportiert.
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Wie
oben beschrieben wird die in den magnetischen Partikeln aufgefangene
DNA in der Kammer F9 akkumuliert, sodass die DNA extrahiert werden
kann.
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Es
können
Kugeln, ein Filter, eine Säule
usw. zum Auffangen der DNA verwendet werden. Beispiele für Kugeln
sind Kugeln aus Kieselerde, einem magnetischen Material, Metall
oder Kunstharz.
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Das
oben beschriebene Verfahren zum Transportieren von Lösungen ist
der Bewegung eines Schieberegisters in einer digitalen Schaltung ähnlich.
Ein derartiger Aufbau zum Transportieren einer Lösung kann als „Lösungstransportaufbau
des Takt-Typs” bezeichnet
werden. Der Unterschied zu einem elektrischen System besteht darin,
dass die Flusspfade unabhängig
vorgesehen sind, weil verhindert werden muss, dass die lytische
Lösung
durch die Reinigungslösung
kontaminiert wird (mit derselben gemischt wird).
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6A bis 6C sind
erläuternde
Ansichten. Dieses Beispiel wird mit Bezug auf die Extraktion eines
Bipolymers wie etwa DNA, RNA, Protein oder einer Zuckerkette beschrieben.
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In 6A bis 6C sind
Kammern 01 bis 023 in einer Patrone vorgesehen. Die Kammern 01 bis
014 sind in einer oberen Stufe P1 vorgesehen. Die Kammern 07 bis
09 sind mit der gemeinsamen Kammer 010 verbunden und in einer Spalte
links von der Kammer 010 angeordnet. Die Kammern 01 und 02 sind
mit der gemeinsamen Kammer 07 verbunden und in einer Spalte links
von der Kammer 07 angeordnet. Die Kammern 03 und 06 sind in derselben Spalte
wie die Kammern 01 und 02 angeordnet. Die Kammer 03 ist mit der
Kammer 08 verbunden. Die Kammer 06 ist mit der Kammer 09 verbunden.
Die Kammern 05 und 04 sind in einer Folge mit der Kammer 06 in einer
Reihe links von der Kammer 06 angeordnet.
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Die
Kammer 011 ist mit der Kammer 010 verbunden und rechts von der Kammer
010 angeordnet. Die Kammern 012 bis 014 sind in einer Folge mit
der Kammer 011 und in einer Reihe angeordnet. Diese Kammern sind
mit regelmäßigen Intervallen
in der lateralen Richtung angeordnet (in der Bewegungsrichtung der
Rollen). Die durch die schraffierten Bereiche angegebenen Rollen
sind mit Intervallen angeordnet, die den lateralen Intervallen der
Kammern entsprechen. Die Kammern 015 bis 023 sind in einer unteren Stufe
P2 vorgesehen und in einer Reihe mit regelmäßigen Intervallen angeordnet,
die den vertikalen Positionen der Kammern in der oberen Stufe entsprechen.
Die Kammern 019 und 020 sind mit der Kammer 010 verbunden. Die Kammer
019 ist derart angeordnet, dass sie der Spalte der Kammern 07 bis
09 entspricht. Die Kammer 020 ist derart angeordnet, dass sie der
Spalte der Kammer 011 entspricht. Unter der Kammer 010 ist ein Raum
vorgesehen. Die Kammern 019 bis 015 sind in einer Folge links von
dem Raum angeordnet. Die Kammern 020 bis 023 sind in einer Folge
rechts von dem Raum vorgesehen.
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Die
Rollen in der oberen und in der unteren Stufe P1 und P2 sind mit
Intervallen angeordnet, die den lateralen Intervallen der Kammern
entsprechen, und blockieren die Flusspfade, die die Kammern verbinden.
Dieses Beispiel zeigt den Fall eines Nullvolumen-Aufbaus als Kammernaufbau,
wobei jedoch auch ein Aufbau mit Luftablasspfaden verwendet werden
kann. Es werden Rollen als Drückteile
verwendet, wobei jedoch auch Betätigungsglieder
des Kolbentyps verwendet werden können.
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In 6A ist
eine Probenlösung
in der Kammer 01 enthalten. Eine lytische Lösung ist in der Kammer 02 enthalten.
Ein DNA-Auffangmaterial(Oberflächen-modifizierte
magnetische Partikeln) ist in der Kammer 03 enthalten. Eine Reinigungslösung ist
in den Kammern 04 und 05 enthalten. Eine Extraktions-Pufferlösung ist
in der Kammer 015 enthalten. Das Volumen der anderen Kammern ist
gleich null.
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In 6A werden
die entsprechenden Rollen in der oberen Stufe P1 in der Richtung
des durchgezogenen Pfeils gedreht und bewegt. Die Bewegung des Inhalts
in den Kammern entspricht der Bewegung der Rollen und ist wie in 5A bis 5E beschaffen,
was weiter unten kurz beschrieben wird. Die Kammer 010 wird jedoch
zwei Mal gereinigt, weil die Reinigungslösung in den Kammern 04 und
05 enthalten ist.
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Wenn
die Rollen in der oberen Stufe P1 um die Distanz einer Kammer in
der Richtung des Pfeils gedreht und bewegt werden, werden die Probenlösung in
der Kammer 01 und die lytische Lösung
in der Kammer 02 miteinander in der Kammer 07 gemischt. Das Auffangmaterial
in der Kammer 03 wird in die Kammer 03 bewegt. Die Reinigungslösung in
den Kammern 04 und 05 wird in die Kammern 05 und 06 bewegt.
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In
der Kammer 07 wird die Mischlösung
erhitzt und einem Reaktionsprozess unterworfen. Zum Beispiel wird
ein Peltier-Element zum Erhitzen der Mischlösung verwendet.
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Wenn
die Rollen weiter um die Distanz einer Kammer in der Richtung des
Pfeils gedreht und bewegt werden, werden die Mischlösung in
der Kammer 07 und das DNA-Auffangmaterial
in der Kammer 08 miteinander in der Kammer 010 gemischt. Die Reinigungslösung in
den Kammer 05 und 06 wird in die Kammern 06 und 09 bewegt.
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In
der Kammer 010 wird DNA in dem DNA-Auffangmaterial aufgefangen.
Die als Auffangmaterial dienenden magnetischen Partikeln selbst werden
durch die Anlegung eines Magnetfelds in der Kammer 010 gefangen.
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Wenn
die Rollen weiter um die Distanz einer Kammer in der Richtung des
durchgezogenen Pfeils gedreht und bewegt werden, wird der Abfall
nach dem Auffangen der DNA in der Kammer 010 in die Kammer 011 bewegt.
Die Reinigungslösung
in der Kammer 09 wird in die Kammer 010 bewegt. Die Reinigungslösung in
der Kammer 06 wird in die Kammer 010 bewegt. In der Kammer 010 wird
eine Reinigung der magnetischen Partikeln durch die Reinigungslösung als
erster Reinigungszyklus durchgeführt.
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Wenn
die Rollen weiter um die Distanz einer Kammer in der Richtung des
Pfeils gedreht und bewegt werden, wird der Abfall in der Kammer
011 in die Kammer 012 bewegt. Die Reinigungslösung wird nach der Reinigung
in der Kammer 010 in die Kammer 011 bewegt. Die Reinigungslösung für einen zweiten
Reinigungszyklus wird in die Kammer 010 transportiert. Die Reinigungslösung wird
in Übereinstimmung
mit der nächsten
Bewegung der Rollen aus der Kammer 010 entfernt. Die Reinigungslösung 167a für den ersten
Reinigungszyklus wird in die Kammer 012 transportiert. Die Reinigungslösung 167b für den zweiten
Reinigungszyklus wird in die Kammer 011 transportiert.
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Daraus
resultiert, dass die magnetischen Partikeln 166 mit der
darin aufgefangenen DNA in der Kammer 010 bleiben, sodass die DNA
extrahiert werden kann. Parallel zu dem zuvor genannten Operation
werden die Rollen in der unteren Stufe P2 in der Richtung des durchgezogenen
Pfeils synchron zu den Rollen in der oberen Stufe P1 bewegt. Die
Extraktions-Pufferlösung 165 wird
in die Kammer 019 bewegt, wie durch den unterbrochenen Pfeil angegeben.
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Die
Kammern 016 bis 018 sind ursprünglich leere
Kammern, die als Dummy-Kammern zum Anpassen des Zeitablaufs beim
Transportieren der Extraktions-Pufferlösung 165 in die Kammer 110 dienen.
Das Vorhandensein der Dummy-Kammern ermöglicht eine Anpassung des Zeitablaufs
beim Lösungstransport
auf der Basis der einachsigen Bewegung der Rollen. Zu diesem Zeitpunkt
sind die zwei Reinigungszyklen in der Kammer 010 abgeschlossen.
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Die
Reinigungslösung
wurde aus der Kammer 010 entfernt. Dann wird die Rollengruppe in
der oberen Stufe P1 gesperrt, wobei nur die Rollengruppe in der
unteren Stufe P2 bewegt wird. Daraus resultiert, dass die Extraktions-Pufferlösung in
der Kammer 019 in der unteren Stufe P2 in die Kammer 010 transportiert
wird, wie durch den unterbrochenen Pfeil angegeben. In der Kammer
010 wird die DNA gelöst
(6B).
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Dazu
werden die Rollengruppen in der oberen und in der unteren Stufe
P1 und P2 gleichzeitig bewegt. Daraus resultiert, dass die DNA-Extraktionslösung 168 (das
Produkt) in der Kammer 010 in die Kammer 020 transportiert wird.
Auf diese Weise wird der DNA-Extraktionsschritt
abgeschlossen (6C). 7A bis 7C sind
erläuternde
Ansichten eines Betätigungsmechanismus.
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In 7A sind
durch vertikale Linien wiedergegebene Kammern in der Länge und
in der Breite zueinander benachbart angeordnet und miteinander durch
einen Flusspfad verbunden. In dieser Anordnung sind durch schraffierte
Teile wiedergegebenen Rollen unabhängig angeordnet, wobei eine
Kammer jeweils zwischen zwei benachbarten Rollen in Übereinstimmung
mit jeder Reihe oder Spalte eingeschlossen ist. Rollengruppen in
einer vertikalen Achse (X-Achse) und einer horizontalen Achse (Y-Achse) werden
sukzessive bewegt, sodass jede Lösung
in eine Kammer bewegt werden kann, die an einer beliebigen Position
vorgesehen ist.
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Um
eine Störung
zwischen den X- und Y-Rollen beim Transportieren einer Lösung unter
Druck durch die X- und Y-Rollengruppen auf derselben Oberfläche zu verhindern,
werden die Y-Rollen von der Oberfläche der Patrone entfernt, wenn
die X-Rollen bewegt werden. Die X- und Y-Rollen sind vorzugsweise
jeweils auf der Rück-
und Vorderfläche angeordnet.
Die Rollengruppen sind derart konfiguriert, dass alle Rollen einer
Reihe oder Spalte gemeinsam bewegt werden können oder dass mehrere Rollen
in einer Reihe oder Spalte gemeinsam bewegt werden können. Der
Aufbau der Flusspfade ist nicht auf die in 7A gezeigte
Gitterstruktur in der Länge und
Breite beschränkt.
Es kann ein Bereich ohne Flusspfad zwischen benachbarten Kammern
vorgesehen sein. Die Flusspfade können wie in 7B gezeigt
schräg
vorgesehen sein. Die Kammern können jeweils
unterschiedliche Größen und
Tiefen aufweisen.
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Wenn
die Flusspfade wie in 7B gezeigt schräg angeordnet
sind, kann jede Lösung
in einer beliebigen Richtung XY bewegt werden, auch wenn die Rollen
gleichgerichtete Rollen sind.
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Wenn
zum Beispiel wie in 7B gezeigt drei Rollengruppen
bewegt werden, während
die Rollengruppe in der oberen Stufe R1, die Rollengruppe in der
mittleren Stufe R2 und die Rollengruppe in der unteren Stufe R3
miteinander synchronisiert werden, wird die Lösung aus der Kammer Q1 in die
Kammern Q2 und W3 bewegt. Wenn die Rollengruppe in der oberen Stufe
R1 und die Rollengruppe in der mittleren Stufe R2 synchron zueinander
bewegt werden, wird die Lösung
aus der Kammer Q3 in die Kammern Q4, Q5 und Q6 bewegt. Wenn die
Rollengruppe in der mittleren Stufe R2 und die Rollengruppe in der unteren
Stufe R3 weiter bewegt werden, wird die Lösung in die Kammer Q7 bewegt.
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Bei
dem Aufbau mit den in X- und Y-Achsen vorgesehenen Rollen besteht übrigens
die Tendenz, dass eine Lösung
in einem Flusspfad zwischen den Rollen verbleibt. In diesem Fall
kann wie in 7C gezeigt ein starrer Körper 170 in
einem Teil des Flusspfads zwischen dem elastischen Körper 171 und
dem Substrat 172 vorgesehen werden, sodass der Flusspfad
vollständig
blockiert wird, wenn der starre Körper 170 durch eine
Rolle 169 gedrückt
wird. Zum Beispiel kann der starre Körper 170 derart ausgebildet
sein, dass der starre Körper 170 in
dem elastischen Körper 171 eingebettet
ist, oder derart, dass ein Teil des elastischen Körpers 171 gehärtet wird.
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8 ist
eine erläuternde
Ansicht eines Drückteils,
welches als Caterpillar ausgebildet ist.
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Während in
den vorausgehenden Beispielen eine Rolle oder ein Betätigungsglied
des Kolbentyps als Drückteil
verwendet wird, kann auch eine zweidimensionale Platte oder ein
Caterpillar (eingetragene Marke) mit einer gekrümmten Fläche, die in Kontakt mit einem
Gefäß wie etwa
einer Kammer 175 ist, als Drückteil 173 verwendet
werden, wobei die zweidimensionale Platte bzw. der Caterpillar wie
in 8 gezeigt in der Richtung des Pfeils bewegt werden kann,
während
er bzw. sie gegen die Patrone 174 gedrückt wird. Weil dadurch der
Flusspfad oder die Kammer durch eine Fläche gedrückt wird, kann verhindert werden,
dass die Lösung
oder Luft aufgrund des Rückdrucks
zurückfließt.
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9A bis 9C sind
erläuternde
Ansichten.
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In 9A werden
Rollen 201a, 201b und 201c jeweils durch
als Rollenhalteteile dienende Arme 202a, 202b und 202c gehalten.
Die Arme 202a, 202b und 202c sind mit
einem Basisteil 203 verbunden, der wie eine flache Platte
geformt ist und als Basis zum Halten der Arme dient. Der Basisteil 203 kann
auch einstückig
mit den Armen 202a, 202b und 202c ausgebildet
sein. Beispielhafte Materialien für die Rollen, Arme und den
Basisteil sind Metalle, Flu orharze oder eine Kombination aus denselben.
Jedes Paar aus einer Rolle und einem Arm bildet einen Drückteil zum
Ausüben
eines Drucks auf die Patrone.
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Der
Basisteil 203 ist mit einer mechanischen Stufe (nicht gezeigt)
verbunden, die sich in der X-, Y- und Z-Richtung bewegen kann. Wen
sich die mechanische Stufe nach oben und unten bewegt, übt die Rolle 201a einen
Druck auf die Patrone 205 aus. Die Patrone ist in der mechanischen
Stufe fixiert. Wenn der Basisteil unter der Steuerung der Stufe
nach links und rechts bewegt wird, werden die Rollen 201a, 201b und 201c gedreht
und bewegt, während
die Patrone derart gedrückt
wird, dass die Lösung
in der Patrone 205 horizontal bewegt wird.
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Der
Basisteil 203 weist Öffnungsteile 204a und 204b auf.
Ein Betätigungsglied 206a ist
in jede Öffnung
wie in 9B gezeigt eingefügt. Zum
Beispiel ist das Betätigungsglied 206a in
der Form einer Metallstange vorgesehen. Das Betätigungsglied 206a wendet
Druck, Schwingung, Hitze, Kühle
oder ähnliches
auf die Patrone 205 aus, um die chemische Reaktion in der
Patrone 205 zu beschleunigen. Zum Beispiel wird ein piezoelektrisches
Element verwendet, um die Patrone unter Druck zu setzen und in Schwingungen
zu versetzen, während
ein Peltier-Element verwendet wird, um die Patrone zu erhitzen oder
zu kühlen.
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9C ist
eine Ansicht, die den Aufbau einer Befestigung einer Rolle an einem
Arm zeigt. Die Rolle 201a ist in eine Vertiefung 207a eingesetzt,
die am Ende des Arms 202a ausgebildet ist. Die Vertiefung 207a des
Arms 202 hält
die Rolle 201a, während
die Rolle 201a über
einen Winkel von mehr als 180° bedeckt
wird, wie durch die eingepunktete Linie angegeben. Weil also der
Durchmesser der Rolle 201a größer als die Öffnung der
Vertiefung 207a ist, wird die Rolle 201a in der
Vertiefung 207a des Arms 202a gemäß dem Prinzip
einer Kugel in einem Kugelschreiber gehalten, sodass die Rolle 201 nicht
aus der Vertiefung 207a fallen kann.
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Ein
Stoppglied 208a ist zum Beispiel in der Form eines Dünnfilms
aus Fluorharz vorgesehen. Nachdem die Rolle 201a in die
Vertiefung 207a eingesetzt wurde, wird das Stoppglied 208a mit
gegenüberliegenden
Seitenflächen
der Rille 207a verbunden, um zu verhindern, dass die Rolle 201a herausfällt. Die
Rolle 201a kann magnetisch zu dem Arm 202a gezogen
werden.
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Gemäß dieser
Konfiguration können
Rollengruppen derart auf der Patrone angeordnet werden, dass sie
in zwei oder mehr Reihen zueinander benachbart sind, ohne dass überflüssiger Raum
auf einer Seitenfläche
zum Halten der Rollen benötigt
wird.
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10A und 10B sind
erläuternde
Ansichten. 10A ist eine perspektivische
Ansicht, die einen Aufbau zeigt, mit dem ein Verschluss 209a auf
einer Seitenfläche
zwischen den Armen 202a und 202b vorgesehen ist,
während
ein Verschluss 209b auf einer Seitenfläche zwischen den Armen 202b und 202c vorgesehen
ist. Die Verschlüsse 209a und 209b können die
Patrone drücken,
um die Flusspfade in der Patrone zu blockieren. Die Verschlüsse können durch
ein Peltier-Element betrieben werden.
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10B ist eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt,
in dem eine Gruppe von Rollen 201a bis 201d und
eine Gruppe von Rollen 201e bis 201h in zwei Reihen
zueinander benachbart angeordnet sind. Der Patronen-Betätigungsmechanismus
weist eine Leiterform auf. Die unterbrochenen Linien geben Rollen
wieder. Die Rollen 201a bis 201d sind an einem
Basisteil 255 durch Arme befestigt. Die Rollen 201e bis 201h sind
an einem Basisteil 226 durch Arme befestigt. Öffnungsteile 204a bis 204c sind
in dem Basisteil 225 vorgesehen. Öffnungsteile 204d bis 204f sind
in dem Basisteil 226 vorgesehen. Betätigungsglieder (nicht gezeigt)
sind in die Öffnungsteile 204a bis 204c und
in die Öffnungsteile 204d bis 204f eingesetzt.
Verschlüsse 209a bis 2091 sind
in Seitenflächen
der Basisteilen 225 und 226 vorgesehen. Diese
Verschlüsse
blockieren eine Lösung
in einer Richtung senkrecht zu der Bewegungsrichtung der Rollen.
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11 ist
eine erläuternde
Ansicht mit einem Betätigungsglied.
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11 zeigt
einen Zustand, in dem die Patrone durch die Rollengruppen von oben
und unten gedrückt
wird. Die Rollen 212a und 212b werden jeweils
durch die Arme 213a und 213b gehalten. Die Arme 213a und 213b sind
an einem flachen Basisteil 214 befestigt.
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Die
Rollen 212a und 212b drücken die Patrone 210 von
oben auf der Basis der vertikalen Bewegung des Basisteils 214,
der an einer mechanischen Stufe (nicht gezeigt) befestigt ist. Wenn
der Basisteil 214 nach links und rechts bewegt wird, während er durch
die Stufe gesteuert wird, werden die Rollen gedreht und bewegt,
während
sie die Patrone drücken. Auf
diese Weise wird die Lösung
in der Patrone 210 horizontal bewegt.
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Die
Rollen 216a und 216b werden jeweils durch Arme 217a und 217b gehalten.
Die Arme 217a und 217b sind an einem flachen Basisteil 218 befestigt.
Die Rollen 216a und 216b drücken die Patrone 210 von
unten auf der Basis der vertikalen Bewegung des Basisteils 218,
der an einer mechanischen Stufe (nicht gezeigt) befestigt ist. Wenn
der Basisteil 218 unter der Steuerung der Stufe nach links
und rechts bewegt wird, werden die Rollen gedreht und bewegt, während sie
die Patrone drücken.
Auf diese Weise wird die Lösung
in der Patrone 210 horizontal bewegt.
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Das
Betätigungsglied 215 übt einen
Druck, eine Schwingung, ein Erhitzen, ein Kühlen usw. auf der oberen Fläche der
Patrone 210 von oben aus, um die chemische Reaktion in
der Patrone 210 zu beschleunigen. Das Betätigungsglied 219 übt einen Druck,
eine Schwingung, ein Erhitzen, ein Kühlen usw. auf der unteren Fläche der
Patrone 210 von unten aus, um die chemische Reaktion in
der Patrone 210 zu beschleunigen.
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Die
Patrone 210 umfasst in ihrem Inneren ein Substrat 211.
Das Substrat 2111 besteht aus einem starren Material (wie
etwa Glas oder Harz). Die Patrone 210 ist ausgebildet,
um einem von oben oder unten einwirkenden Druck zu widerstehen.
Gemäß dieser
Konfiguration werden Lösungen
in den Flusspfaden oder Kammern, zwischen denen das Substrat 211 eingeschlossen
ist, unabhängig
voneinander bewegt. In diesem Beispiel können auch Verschlüsse in den
Seitenflächen
vorgesehen werden.
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12 ist
eine erläuternde
Ansicht, die Betätigungsglieder
ohne Rollen zeigt. Ein Basisteil 220 umfasst Öffnungsteile 223a und 223b,
die wie oben für
die Betätigungsglieder
beschrieben ausgebildet sind, sowie Arme 221a bis 221c ohne
Rollen. Es ist eine andere Form von Drückteilen vorgesehen. Die Enden
der Arme 221a bis 221c bilden gekrümmte Flächen 222a, 222b und 222c.
Die gekrümmten
Flächen
dienen anstelle der Rollen dazu, die Reibung zwischen der Patrone 224 und
den Armen zu reduzieren. Auch wenn die Patrone durch die Arme gedrückt wird,
kann die Patrone einfach horizontal bewegt werden. Dementsprechend
kann ein Lösungstransport
in der Patrone ohne Rolle bewerkstelligt werden.
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Die
Arme können
zum Beispiel aus Fluorharz ausgebildet sein. Wenn eine Schicht aus
Fluorharz auf einer Fläche
der Patrone vorgesehen ist oder wenn die Patrone mit einem Fluorharz
beschichtet ist, kann die Reibung stark reduziert werden.
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In
diesem Fall kann der Endteil jedes Arms mit einer gekrümmten Fläche versehen
sein, die nicht durch eine Rolle gebildet werden kann. Wenn also der
Endteil jedes Arms in der Form einer nicht-kreisrund gekrümmten Fläche wie
etwa einer paraboloiden, hyperboloiden oder sinusförmigen Fläche vorgesehen
wird, kann der Endteil jedes Arms in Übereinstimmung mit dem Material
der Patrone geformt werden, sodass ein effektives Pressen durchgeführt werden
kann.
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Die
Anzahl der Arme, die Anzahl der Rollen, die Anzahl der Verschlüsse, die
Anzahl der Betätigungsglieder
usw. sind nicht auf die in den Zeichnungen gezeigten beschränkt. Die
Anzahlen können nach
Bedarf angepasst werden.
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In
der Patrone von 5A bis 5E sind die
Rollen mit Intervallen angeordnet, die den lateralen Intervallen
der Kammern entsprechen. In 5A bis 5E sind
nur die Rollen gezeigt, wobei der in 5A bis 5E gezeigte
Bereich jedoch dem Betätigungsmechanismus
von 9A bis 9C entspricht
und die Rollen durch Arme gehalten werden, die an einem Basisteil
befestigt sind, der wiederum an einer mechanischen Stufe befestigt
ist. Auf diese Weise kann der Patronen-Betätigungsmechanismus die Patrone
nach oben und unten sowie nach links und rechts bewegen. Öffnungen
sind in dem Basisteil an Positionen vorgesehen, die den Kammern
entsprechen. Wenn die Betätigungsglieder
in die Öffnungen
eingesetzt sind, kann eine Schwingungen, ein Erhitzen usw. angelegt
werden.
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Bei
dieser Konfiguration werden alle Eingangs- und Ausgangs-Flusspfade
einer Kammer mit einer darin enthaltenen Fluidsubstanz gleichzeitig durch
jeden Drückteil
des Patronen-Betätigungsmechanismus
blockiert. Dementsprechend kann verhindert werden, dass die Fluidsubstanz
in eine nächste Kammer
fließt.
Weiterhin kann verhindert werden, dass die Lösung in eine andere Kammer
fließt,
wenn die Lösung
erhitzt oder in Schwingungen versetzt wird. Weiterhin kann verhindert
werden, dass die Lösung
aufgrund des Rückdrucks
der Luft zurückgedrückt wird.
Weiterhin kann ein Aufbau (Kreuzaufbau) zum Extrahieren und Reinigen
von DNA aus einer Probe unter Verwendung von Kieselerde, magnetischen
Partikeln oder ähnlichem
erhalten werden.