DE102005063368B4 - Chemische Reaktionspatrone - Google Patents

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Abstract

Chemische Reaktionspatrone (135) einschließlich eines Gefäßes mit wenigstens einem Teil aus einem elastischen Körper, wobei eine Vielzahl von Kammern in dem Gefäß geformt sind, die über einen Flusspfad (138) miteinander verbunden sind oder verbunden werden können, wobei eine externe Kraft von außerhalb des Gefäßes auf den elastischen Körper ausgeübt wird, um eine Fluidsubstanz in dem Flusspfad (138) und/oder in den Kammern zu verschieben, um eine chemische Reaktion durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Eingang (137) für die Fluidsubstanz vor dem Flusspfad (138) angeordnet ist, wobei der Eingang (137) durch zwei Abschnitte (140a, 140b) gebildet ist, die jeweils eine Seite des Eingangs (137) bilden die im Inneren miteinander verbunden sind und die jeweils eine Öffnung zur Patronenoberfläche aufweisen, wobei die Abschnitte (140a, 140b) in der selben Oberfläche der Reaktionspatrone (135) angeordnet sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine chemische Reaktionspatrone, die zur Flüssigkeitszufuhr für die Synthese, Auflösung, Erfassung, Trennung usw. einer Lösung dient gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • 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.
  • Die Mischsubstanz kann aber auch gefiltert oder zentrifugierend getrennt werden, um eine Zielsubstanz zu extrahieren.
  • 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.
  • 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 .
  • JP 2002-365299 A wird hier als Stand der Technik genannt.
  • 4A und 4B sind Konfigurationsansichten eines in JP 2002-365299 A beschriebenen Biochips. 4A ist eine Schnittansicht des Biochips. 4B 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 Luftblasenartigen Tasche ist mit einem Gummipfropfen 42 verschlossen.
  • 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.
  • 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 5 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Operation des Verfahrens aus dem Stand der Technik unter Verwendung von Bechern, Pipetten usw. ist jedoch aufwändig und Im Fall einer Blutsammeltasche besteht das Problem, dass eine Lösung nicht einfach verschoben werden kann, weil die Blutsammeltasche nicht elastisch ist.
  • Um dieses Problem zu lösen, werden Versuche angestellt, ein Gefäß als Patrone zu verwenden. Wie bei dem Biochip werden Lösungen in Kammern in der Patrone transportiert und miteinander verbunden, um eine Behandlung wie etwa ein Mischen und eine chemische Reaktion durchzuführen. Wenn das Gefäß in der Form einer Patrone vorgesehen wird, ergeben sich jedoch 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.
  • Weiterhin ist aus der WO 98/40 466 A1 eine chemische Reaktionspatrone gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, wobei dieses Dokument insbesondere eine Leitungsplatte zum Durchführen chemischer oder biologischer Analyse offenbart.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine chemische Reaktionspatrone der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass durch Injizieren der Fluoridsubstanz in die chemische Reaktionspatrone kein Eindringen von Luft in derselben stattfindet.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Reaktionspatrone mit dem Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.
  • 1A und 1B sind Außenansichten, die eine Ausführungsform einer chemischen Reaktionspatrone zeigen.
  • 2A bis 2D sind erläuternde Ansichten, die eine andere Ausführungsform (Nullvolumen-Aufbau) der chemischen Reaktionspatrone zeigen.
  • 3A bis 3C sind erläuternde Ansichten, die eine erfindungsgemäße chemische Reaktionspatrone zeigen.
  • 4A und 4B sind Konfigurationsansichten eines Biochips aus dem Stand der Technik.
  • 5 ist eine erläuternde Ansicht zu einem Verfahren zum Betreiben eines Biochips aus dem Stand der Technik.
  • Im Folgenden wird im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen der Sachverhalt beschrieben.
  • 1A und 1B sind Außenansichten, die eine Ausführungsform einer chemischen Reaktionspatrone zeigen.
  • 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. Diese Ausführungsform wird für den Fall beschrieben, dass ein elastischer Körper verwendet wird.
  • 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.
  • 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.
  • 2A bis 2D sind erläuternde Ansichten, die eine andere Ausführungsform einer chemischen Reaktionspatrone (mit einem Nullvolumen-Aufbau) zeigen.
  • 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.
  • 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.
  • 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 Patrone 111 steigen. Dagegen sind die Flusspfade 114 und 115 sowie die Kammern C2 und C3, die in 3A durch die unterbrochenen Linien wiedergegeben werden, nicht sichtbar.
  • Um die Lösung zu transportieren, wird die Patrone wie folgt betrieben.
  • 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.
  • 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.
  • 3A bis 3C sind erläuternde Ansichten, die eine vierte Ausführungsform der chemischen Reaktionspatrone und des Betätigungsmechanismus zeigen.
  • 3A bis 3C zeigen den Eingang einer Patrone 135, durch den eine Lösung eingeführt wird. In 3A ist der Eingang 137 als U-förmiger Durchgang zum Leiten der Lösung von außerhalb der Patrone 135 in das Innere der Patrone sowie zum Leiten der Lösung aus dem Inneren der Patrone nach außen aus dem Gefäß heraus vorgesehen. Der U-förmige Eingang 137 ist mit einem Flusspfad 138 für die Behandlung im Inneren der Patrone 135 verbunden. Der Eingang 137 weist ein vorbestimmtes Volumen auf, unabhängig davon, ob die Lösung vorhanden ist oder nicht. Der Flusspfad 138 weist einen Nullvolumen-Aufbau wie oben beschrieben auf.
  • Eine Lösung wird in einen Injektionsteil 140a durch eine Injektionsvorrichtung 136 injiziert. Der Injektionsteil 140a befindet sich auf einer Seite des Eingangs 137. Zu Beginn in dem Eingang 137 vorhandene Luft wird durch die Lösung nach außen gedrückt, sodass die Luft aus dem anderen Injektionsteil 140b wie durch den durchgezogenen Pfeil angegeben abgelassen wird.
  • Dann werden wie in 3B gezeigt Rollen 139a und 139b von oben gegen die Patrone 135 gedrückt, sodass die Injektionsteile 140a und 104b gleichzeitig durch die Rolle 139a blockiert werden, während der Flusspfad 138 durch die Rolle 139b blockiert wird. Die zwei Rollen werden in der Richtung des unterbrochenen Pfeils gedreht und bewegt, sodass die Lösung in dem Eingang 137 in den Flusspfad 138 herausgedrückt wird, wie durch den durchgezogenen Pfeil angegeben.
  • Auf diese Weise kann verhindert werden, dass die Lösung mit Luft gemischt wird. Außerdem kann eine vorbestimmte Menge der Lösung in dem U-förmigen Teil in die Patrone transportiert werden.
  • Die Patronenoberfläche am Eingang 137 kann sich wie in 3C gezeigt zu dem Injektionsteil verjüngen. In diesem Fall kann der Eingang 137 einfach durch die Rolle 139a blockiert werden, wodurch verhindert wird, dass die Lösung mit Luft vermischt wird.

Claims (6)

  1. Chemische Reaktionspatrone (135) einschließlich eines Gefäßes mit wenigstens einem Teil aus einem elastischen Körper, wobei eine Vielzahl von Kammern in dem Gefäß geformt sind, die über einen Flusspfad (138) miteinander verbunden sind oder verbunden werden können, wobei eine externe Kraft von außerhalb des Gefäßes auf den elastischen Körper ausgeübt wird, um eine Fluidsubstanz in dem Flusspfad (138) und/oder in den Kammern zu verschieben, um eine chemische Reaktion durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Eingang (137) für die Fluidsubstanz vor dem Flusspfad (138) angeordnet ist, wobei der Eingang (137) durch zwei Abschnitte (140a, 140b) gebildet ist, die jeweils eine Seite des Eingangs (137) bilden die im Inneren miteinander verbunden sind und die jeweils eine Öffnung zur Patronenoberfläche aufweisen, wobei die Abschnitte (140a, 140b) in der selben Oberfläche der Reaktionspatrone (135) angeordnet sind.
  2. Chemische Reaktionspatrone (135) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingang (137) ein vorbestimmtes Volumen aufweist.
  3. Chemische Reaktionspatrone (135) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Flusspfad (138) ein Nullvolumen aufweist.
  4. Chemische Reaktionspatrone (135) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Patronenoberfläche am Eingang (137) sich zu dem Abschnitt (140a, 140b) verjüngt.
  5. Chemische Reaktionspatrone (135) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingang (137) eine U-Form aufweist.
  6. Chemische Reaktionspatrone (135) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Gebrauch ein Abschnitt (140a) des Eingangs (137) zum Injizieren der Fluidsubstanz und der andere Abschnitt (140b) des Eingangs (137) zum Ablassen der durch die Fluidsubstanz verdrängten Luft vorgesehen ist.
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