DE102005063370B4

DE102005063370B4 - Chemische Reaktionspatrone mit Betätigungsmechanismus

Info

Publication number: DE102005063370B4
Application number: DE102005063370A
Authority: DE
Inventors: Takeo Musashino Tanaami; Hisao Musashino Katakura; Yuji Musashino Mitsumori; Hitoshi Musashino Hiramatsu
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2005-04-25
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2025-04-26
Also published as: DE102005019195B4; DE102005063290B4; DE102005063367B4; DE102005063366B4; DE102005063369B4; US8961900B2; DE102005063368B4; DE102005019195A1; US20050244308A1

Abstract

Chemische Reaktionspatrone (101) mit Betätigungsmechanismus, wobei die Reaktionspatrone aus einem Substrat (103) und einem elastischen Körper (102) besteht, wobei eine Vielzahl von Kammern (01–023) in dem elastischen Körper (102) geformt sind, die über Flusspfade miteinander verbunden sind, wobei externe Kräfte auf den elastischen Körper (102) mit Hilfe von Drückteilen des Betätigungsmechanismuses ausübbar sind, um eine Fluidsubstanz in den Flusspfaden und/oder in den Kammern (01–023) zu verschieben, um eine chemische Reaktion durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern (01–023) in regelmäßigen Intervallen in einer ersten Reihe (P1, P3) und einer zweiten Reihe (P2) angeordnet sind, wobei zumindest eine der Reihen (P1, P2, P3) eine gemeinsame Kammer (010) aufweist, welche über mehrere Flusspfade mit Kammern (019, 020) der anderen Reihe verbunden ist, wobei die Drückteile in mehreren Reihen jeweils in Intervallen angeordnet sind, die den regelmäßigen lateralen Intervallen der Kammern (01–023) entsprechen und wobei durch Betätigung der Drückteile die Fluidsubstanz über die gemeinsame...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine chemische Reaktionspatrone mit Betätigungsmechanismus zum Betätigen der chemischen Reaktionspatrone.
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 ).
6A und 6B sind Konfigurationsansichten eines in JP 2002-365299 A beschriebenen Biochips. 6A ist eine Schnittansicht des Biochips. 6B 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.
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 Injektionsvor richtung (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 7 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, wurden 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.

Die US 6 426 230 B1 zeigt ein Einweg-Diagnosegerät, um einen Test an einer Flüssigkeit durchzuführen. Dafür sind mehrere Kammern links und rechts von einem zentralen Flusspfad angeordnet und mittels einer Rolle kann die Flüssigkeit in den Kammern zum Flusspfad hin verschoben werden. Weiterhin dienen zwei nacheinander angeordnete Rollen dem Verschieben der Flüssigkeit innerhalb des zentralen Flusspfads.
Die DE 10 2004 023 217 A1 offenbart ein chemisches Reaktionsmodul mit mehreren Kammern, wobei mittels einer Rolle eine Flüssigkeit verschoben werden kann. Die Kammern sind unregelmäßig beabstandet.
Aus der WO 01/07892 A1 ist eine Reaktionspatrone bekannt, welche Reihen von Kammern mit Flusspfaden aufweist. Mittels eines Rollers kann eine Flüssigkeit von einer Kammer zur anderen verschoben werden. Weiterhin ist eine Sammelkammer vorgesehen, in die alle Flusspfade münden.
Die WO 02/100543 A1 offenbart ein Mikrofluidsystem, bestehend aus Kammern und Kanälen. Mittels pneumatischer oder magnetischer Betätigung können zwei verschiedene Flüssigkeiten verschoben werden.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine chemische Reaktionspatrone mit Betätigungsmechanismus anzugeben, welche die vorher angeführten Probleme nicht aufweist, so dass die Extraktion einer Ziellösung zuverlässig möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen dargelegt.
1A und 1B sind Außenansichten, die eine chemische Reaktionspatrone zeigen.
2A bis 2D sind erläuternde Ansichten, die eine der chemischen Reaktionspatrone mit Nullvolumenaufbau zeigen.
3A bis 3C sind erläuternde Ansichten, die eine Ausführungsform der Vorrichtung zeigen.
4 ist eine erläuternde Ansicht, die eine Ausführungsform der chemischen Reaktionspatrone mit Betätigungsmechanismus zeigt.
5 ist eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung.
6A und 6B sind Konfigurationsansichten eines Biochips aus dem Stand der Technik.
7 ist eine erläuternde Ansicht zu einem Verfahren zum Betreiben eines Biochips aus dem Stand der Technik.
1A und 1B sind Außenansichten, welche eine Reaktionspatrone zeigen als Beispiel zum besseren Verständnis.
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. Dieses Beispiel 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 ein anderes Beispiel 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. 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 3A 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 2A 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 Lösungs pfad (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 Ausführungsform der chemischen Reaktionspatrone mit Betätigungsmechanismus zeigen. Diese Ausführungsform wird beispielhaft mit Bezug auf die Extraktion eines Bipolymers wie etwa DNA, RNA, Protein oder einer Zuckerkette beschrieben.
In 3A bis 3C 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.
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 schraffier ten 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.
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. Diese Ausführungsform 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.
In 3A 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.
In 3A 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. Die Kammer 010 wird jedoch zwei Mal gereinigt, weil die Reinigungslösung in den Kammern 04 und 05 enthalten ist.
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.
In der Kammer 07 wird die Mischlösung erhitzt und einem Reaktionsprozess unterworfen. Zum Beispiel wird ein Peltier-Element zum Erhitzen der Mischlösung verwendet.
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. 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.
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.
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.
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.
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. 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 (3B).
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 (3C). Der zuvor genannte Lösungstransport-Mechanismus ist der Bewegung eines Schieberegisters in einer digitalen Schaltung ähnlich. Dementsprechend kann gesagt werden, dass die Bewegung der Rollengruppen vom Takt-Typ ist.
4 ist eine erläuternde Ansicht, die eine weitere Ausführungsform der chemischen Reaktionspatrone mit Betätigungsmechanismus zeigt. Diese Ausführungsform ist derart konfiguriert, dass die durch die schraffierten Teile angegebene Anordnung der Rollen in der vorhergehenden Ausführungsform (3A bis 3C) von einer zweistufigen Konfiguration zu einer dreistufigen Konfiguration geändert ist, wobei eine Rollengruppe mit gleichen Intervallen in einer mittleren Stufe P3 hinzugefügt ist, wobei die Spaltenposition der Kammer 010 in der mittleren Stufe P3 untergebracht ist, während die horizontale Positionsbeziehung unverändert ist. Die Rollen in der oberen Stufe P1 und in der unteren Stufe P2 sind mit Intervallen angeordnet, die den lateralen Intervallen der Kammern entsprechen, und blockieren die Flusspfade, die jeweils die Kammern verbinden.
In 4 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.
Diese Ausführungsform verwendet einen Nullvolumen-Aufbau als Kammernaufbau, wobei jedoch auch ein Aufbau mit Luftablasspfaden verwendet werden kann. Es werden Rollen als Drückeinrichtungen verwendet, wobei jedoch auch Betätigungsglieder des Kolbentyps verwendet werden können. Die Rollen in jeder Stufe werden um die Distanz von fünf Kammern in der Richtung des durchgezogenen Pfeils bewegt. Daraus resultiert, dass die Mischlösung aus der Probenlösung und aus der lytischen Lösung sowie das DNA-Auffangmaterial in die Kammer 010 transportiert werden. Die DNA wird in den magnetischen Partikeln aufgefangen. Die Reinigungslösungen 167a und 167b werden in die Kammer 010 transportiert. Nach dem Reinigen werden die Reinigungslösungen 167a und 167b in die Kammern 011 und 012 transportiert. Daraus resultiert, dass die magnetischen Partikeln 166 mit der darin aufgefangenen DNA in der Kammer 010 vorhanden sind.
Weil dabei die Rollen in der unteren Stufe P2 genauso wie oben beschrieben bewegt werden, wird die Extraktions-Pufferlösung 165 aus der Kammer 015 in die Kammer 019 bewegt, wie durch den unterbrochenen Pfeil angegeben. Während dann die Rollengruppe in der oberen Stufe P1 gestoppt wird, werden die Rollengruppen in der mittleren Stufe P2 und in der unteren Stufe P2 um die Distanz einer Kammer in der Richtung des durchgezogenen Pfeils bewegt. Die Extraktions-Pufferlösung 165 in der Kammer 019 wird in die Kammer 010 bewegt, sodass die DNA aus dem Auffangmaterial gelöst wird. Dann werden die Rollengruppen in der mittleren Stufe P3 und in der unteren Stufe P2 erneut um die Distanz einer Kammer bewegt. Die auf diese Weise erhaltene DNA-Extraktionslösung (das Produkt) wird dadurch von der Kammer 010 zu der Kammer 020 bewegt.
Weil, wie oben beschrieben, die Flusspfade, die die Kammer 010 mit den Kammern 07, 08, 09 und 011 verbinden, in dem DNA-Extraktionsschritt durch die Rollen in der oberen Stufe P1 blockiert werden, kann verhindert werden, dass die DNA durch die Restlösung des DNA-Auffangmaterials und die Reinigungslösung kontaminiert wird (mit denselben gemischt wird).
5 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
Wenn die Flusspfade wie in 5B gezeigt, schräg angeordnet sind, kann jede Lösung in einer beliebigen Richtung bewegt werden, auch wenn die Rollen gleichgerichtete Rollen sind.
Wenn zum Beispiel wie in 5B 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.

Claims

Chemische Reaktionspatrone (101) mit Betätigungsmechanismus, wobei die Reaktionspatrone aus einem Substrat (103) und einem elastischen Körper (102) besteht, wobei eine Vielzahl von Kammern (01–023) in dem elastischen Körper (102) geformt sind, die über Flusspfade miteinander verbunden sind, wobei externe Kräfte auf den elastischen Körper (102) mit Hilfe von Drückteilen des Betätigungsmechanismuses ausübbar sind, um eine Fluidsubstanz in den Flusspfaden und/oder in den Kammern (01–023) zu verschieben, um eine chemische Reaktion durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern (01–023) in regelmäßigen Intervallen in einer ersten Reihe (P1, P3) und einer zweiten Reihe (P2) angeordnet sind, wobei zumindest eine der Reihen (P1, P2, P3) eine gemeinsame Kammer (010) aufweist, welche über mehrere Flusspfade mit Kammern (019, 020) der anderen Reihe verbunden ist, wobei die Drückteile in mehreren Reihen jeweils in Intervallen angeordnet sind, die den regelmäßigen lateralen Intervallen der Kammern (01–023) entsprechen und wobei durch Betätigung der Drückteile die Fluidsubstanz über die gemeinsame Kammer (010) zwischen den Reihen (P1, P2, P3) verschiebbar ist.
Chemische Reaktionspatrone (101) mit Betätigungsmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drückteile Rollen sind.
Chemische Reaktionspatrone (101) mit Betätigungsmechanismus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Kammer (010) wenigstens zwei Einlassflusspfade und wenigstens zwei Auslassflusspfade aufweist.
Chemische Reaktionspatrone (101) mit Betätigungsmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Reihe (P3) von Drückteilen vorhanden ist, welche zur Verschiebung von Fluidsubstanz aus der gemeinsamen Kammer (010) dient.
Chemische Reaktionspatrone (101) mit Betätigungsmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (103) aus einem starren Material hergestellt ist.
Chemische Reaktionspatrone (101) mit Betätigungsmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von gemeinsamen Kammern (Q2, Q4, Q6) vorhanden sind.
Chemische Reaktionspatrone (101) mit Betätigungsmechanismus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Intervalle zwischen den Kammern (01–023) Intervallen zwischen den Rollen entsprechen.