DE102007009806A1 - Arrangement for handling of fluid useful in biochemical and biomedical industry, comprises two micro reactor plates, which possess same spacing and same and/or different obvious allocatable number of storage and/or absorption elements - Google Patents

Arrangement for handling of fluid useful in biochemical and biomedical industry, comprises two micro reactor plates, which possess same spacing and same and/or different obvious allocatable number of storage and/or absorption elements Download PDF

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Abstract

The arrangement for handling of fluid in pl-to mu l scale useful in chemical, biochemical, pharmaceutical and& biomedical industry, comprises micro array plates (1a, 1b), which possess same spacing and same and/or different obvious allocatable number of storage and/or absorption elements. One of the microarray plates possesses monolithic fluid storage element (2a, 2b) that is based on temperature sensitive and/or physical networking thermo reversible hydrogel. The microarray plate is joined with upper and lower part by a joining device. The arrangement for handling of fluid in pl-to mu l scale useful in chemical, biochemical, pharmaceutical and biomedical industry, comprises micro array plates (1a, 1b), which possess same spacing and same and/or different obvious allocatable number of storage and/or absorption elements. One of the microarray plates possesses monolithic fluid storage element (2a, 2b) that is based on temperature sensitive and/or physical networking thermo reversible hydrogel. The microarray plate is joined with upper and lower part by a joining device after loading of the storage element and/or absorption element with the process media in precise and medium-tight manner so that isolated reaction chambers form together in medium tight manner. In the reaction chamber, the storage elements are vivified through homogeneous influencing of temperature functioning as control parameter for releasing the temperature until the media is stored. The storage elements and/or the absorption elements are loaded with the process media through loading device over channel or other structures. The joining device controls a mechanism, with which the accurate and exact condition of the microarray plate can be retained. Two microarray plates are paired together sequentially in corresponding sequence as stack for mixing and processing several process media in a process step. Both sides of the enclosed microarray plate have openings of single cell, in which storage elements find to its connection partner. A foil is present between the microarray plates and its connection partners and destroyed mechanically or by influencing of certain temperature. The storage elements remain in the single cell through removing of the microarray plate. The storage volume of the hydrogel based storage element is adjusted over its networking characteristics or through variation of its dimensions. The chemical networking temperature sensitive hydrogel possesses a lower critical solution temperature behavior on the basis of N-isopropylacrylamide and poly(methylvinylether) and an upper critical solution temperature behavior on the basis of hydroxyethyl methacrylat and acetoacetoxyethyl-methacrylat. Substances with low melt temperature e.g. soft paraffin are used for fixing and/or storage particle like substance. The temperature functioning as control parameter distinctively influences on part areas of the microarray plates in temporary and quantitative manner.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft Einrichtungen zum Handhaben bzw. Prozessieren von flüssigkeitsbasierten Arrayanordnungen.The The invention relates to devices for handling or processing of liquid-based array arrangements.

In der chemischen, biochemischen, pharmazeutischen sowie biomedizinischen Industrie und Wissenschaft finden die meisten Synthese- und Analyseprozesse in der Flüssigphase oder auf Oberflächen statt. Durch die Miniaturisierung der Reaktoren versucht man einerseits den Chemikalien- und Probenbedarf drastisch zu reduzieren, andererseits bewirkt das Verkleinern kürzere Prozesszeiten bei verbesserten Automatisierungsmöglichkeiten. Manche Prozesse sind zudem nur in sehr kleinen Volumina möglich. Dem Miniaturisierungstrend entspricht das Mikroarray-Konzept. Mikroarrays bestehen aus vielen kleinen Reaktoren oder Substraten, in bzw. auf denen verschiedene Proben abgelegt werden. Aufgrund dieses Sammlungscharakters werden sie auch Bibliotheken (z. B. DNA Library) genannt. Mikroarrays für biochemische oder biologische Untersuchungen werden häufig auch als Biochips bezeichnet. Lässt man bestimmte Umgebungsparameter auf das gesamte Mikroarray einwirken, so werden mit einem Schlag je nach Array-Größe hunderte oder tausende Proben in einem Schritt untersucht.In chemical, biochemical, pharmaceutical and biomedical Industry and science find most of the synthesis and analysis processes in the liquid phase or on surfaces instead. By the miniaturization of the reactors one tries on the one hand drastically reduce the demand for chemicals and samples, on the other hand shrinking causes shorter process times with improved Automation options. Some processes are also only possible in very small volumes. The miniaturization trend corresponds to the microarray concept. Microarrays consist of many small reactors or substrates in or on which different Samples are stored. Because of this collection character they are also called libraries (eg DNA Library). Microarrays for Biochemical or biological investigations become frequent also called biochips. Leaving some environmental parameters act on the entire microarray, so in one fell swoop hundreds or thousands of samples depending on the array size examined in one step.

Zur Herstellung und Prozessierung von Arrays mit Oberflächen-adsorbierenden Proben steht eine umfangreiche Palette meist lithografischer Methoden, insbesondere foto- und zunehmend auch softlithografische Verfahren, zur Verfügung. Im Gegensatz zu Oberflächen-basierten Prozessen lassen sich kleine Flüssigkeitsvolumina nicht mit solch einfachen Methoden handhaben.to Production and processing of arrays with surface adsorbing Samples is an extensive range of mostly lithographic methods, especially photographic and increasingly also soft lithographic processes, to disposal. Unlike surface-based Processes can not be small volumes of liquid to handle with such simple methods.

Stand der TechnikState of the art

Im Allgemeinen werden die oft aus vielen Einzelschritten bestehenden Flüssigkeits-basierten Prozeduren manuell auf Mikrotiterplatten, die aus ml-großen Reaktoren bzw. Microwells bestehen, durchgeführt, indem die Flüssigkeiten mit einem besonderen Gerät, der Pipette, in die Reaktoren eingebracht werden. Die hundert- oder tausendfache Wiederholung einer manuellen Tätigkeit ist mit dem Risiko des Pipettierfehlers belastet, der häufig zu nur eingeschränkt reproduzierbaren Resultaten führt. Deshalb wurden Robotersysteme entwickelt, welche das Dosieren der Flüssigkeiten mit hoher Präzision und mit deutlich höherem Durchsatz realisieren [ P.S. Dittrich, A. Manz, Nature Rev. Drug Discov. 5, 210 (2006) ]. Es sind Pipettier-Robotersysteme mit 96 parallelen Kanälen bekannt. Robotersysteme sind aber prinzipiell sehr teuer und deshalb in vielen Laboratorien nicht vorhanden. Ein anderer Hochdurchsatz-Ansatz basiert auf der mikrofluidischen in-a-droplet-Technologie [ A.J. deMello, Nature 442, 394 (2006) ]. Dabei werden in einem nicht wassermischbaren Trägermedium kleine Tröpfchen eingesetzt, die als Mikroreaktoren dienen und sequentiell in der mikrofluidischen Kanalstruktur prozessiert werden können. Diesbezügliche Entwicklungen befinden sich allerdings noch in einer frühen Phase.In general, the often multi-step liquid-based procedures are performed manually on microtiter plates consisting of ml large reactors or microwells by introducing the liquids into the reactors with a special device, the pipette. The repetition of a manual activity one hundred thousand times or more is burdened with the risk of pipetting errors, which often leads to only limited reproducible results. Therefore, robotic systems have been developed which realize the metering of liquids with high precision and with significantly higher throughput [ PS Dittrich, A. Manz, Nature Rev. Drug Discov. 5, 210 (2006) ]. Pipette robotic systems with 96 parallel channels are known. But robotic systems are in principle very expensive and therefore not available in many laboratories. Another high-throughput approach is based on the microfluidic in-a-droplet technology [ AJ deMello, Nature 442, 394 (2006) ]. In this case, small droplets are used in a non-water-miscible carrier medium, which serve as microreactors and can be processed sequentially in the microfluidic channel structure. However, developments are still at an early stage.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, welche eine einfache, vielseitig verwendbare und kostengünstige Flüssigphasen-Mikroarray-Technologie ermöglicht und die sogar für Einmal-Anwendungen geeignet ist.task The invention is to provide a device which a simple, versatile and cost-effective liquid-phase microarray technology and even for single-use applications suitable is.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 15 angegeben.According to the invention the object is achieved by the features specified in claim 1. advantageous Embodiments are specified in claims 2 to 15.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht im hochgradigen Diskretisieren flüssiger Prozessmedien durch schaltbare hydrogelbasierte Speicherelemente auf einer Mikroarray-Platte, dem Kombinieren zweier oder mehrerer unterschiedlicher Mikroarray-Platten miteinander, dem damit verbundenen Formen isolierter Einzelreaktoren und dem nachfolgenden Vermischen der diskreten Teilmengen in den einzelnen Reaktoren, die dann entsprechend separiert reagieren können und anschließend untersuchbar sind (discrete isolation, mixing and investigation DIXI). Diese Vorgänge laufen dabei exakt parallelisiert zur gleichen Zeit, über den gleichen Zeitraum und unter den gleichen Konditionen ab.Of the The basic idea of the invention consists in high-grade discretization liquid process media through switchable hydrogel-based Memory elements on a microarray plate, combining two or several different microarray plates with each other, the associated forms of isolated individual reactors and the subsequent mixing of the discrete subsets in the individual Reactors, which can then react accordingly separated and subsequently examined (discrete isolation, mixing and investigation DIXI). These processes are running exactly parallelized at the same time, about the same Period and under the same conditions.

Die Funktion als schaltbarer Flüssigkeitsspeicher wird durch die besondere Fähigkeit stimuli-sensitiver Hydrogele, Flüssigkeiten aufzunehmen, zu speichern und gesteuert abzugeben, ermöglicht. Das Mikroarray kann gleichzeitig mit uniformen Medien, aber auch mit einer Vielzahl unterschiedlicher Medien prozessiert werden.The Function as a switchable liquid storage is through the special ability of stimuli-sensitive hydrogels, fluids to record, store and submit in a controlled manner. The Microarray can be used simultaneously with uniform media, but also with a variety of different media are processed.

Als Umgebungsgröße, welche die Speicherelemente steuert bzw. schaltet, wird die Temperatur bevorzugt. Sie lässt sich global und lokal gut beherrschen. Da zudem eine ganze Palette gut beherrschbarer temperatur-sensitiver Hydrogele existiert, bilden vorzüglich temperatur-sensitive Hydrogele die stoffliche Grundlage für die Erfindung.When Environment size that controls the storage elements or switches, the temperature is preferred. She lets Master well globally and locally. As well as a whole range well-controllable temperature-sensitive hydrogels exist, form especially temperature-sensitive hydrogels the material Basis for the invention.

Die meisten temperatur-sensitiven Hydrogele besitzen eine Lower Critical Solution Temperature (LCST)-Charakteristik, d. h., sie sind bei niedrigen Temperaturen gequollen und entquellen bei Überschreiten einer Phasenübergangstemperatur. Das bekannteste Hydrogel mit LCST-Charakteristik, Poly(N-Isopropylacrylamid) (PNIPAAm), besitzt eine Volumenphasenübergangstemperatur von ca. 34°C. Die Lage der Phasenübergangs- bzw. Schalttemperatur von NIPAAm-basierten Hydrogelen kann durch Copolymerisation und Variation der Syntheseparameter in einem Bereich von +5°C und ca. +60°C eingestellt werden. Mögliche Synthese- und Strukturierungsverfahren von PNIPAAm-basierten Hydrogelen sind z. B. in [ A. Richter et al., J. Microelectromech. Syst. 12 (2003) 5, S. 748-753 ] beschrieben. Weitere Vertreter mit LCST-Charakteristik basieren z. B. auf Poly(Methylvinylether) (PMVE) [ K.-F. Arndt et al., Macromol. Symp. 164 (2001), S. 313-322 ] oder Hydroxypropylcellulose [ B. Kabra et al., Macromolecules 31 (1998), S. 2166-2173 ]. Temperatursensitive Hydrogele mit einer Upper Critical Solution Temperature (UCST)-Charakteristik quellen bei Überschreiten der Phasenübergangstemperatur und sind bei geringen Temperaturen entquollen. Ein Hydrogel mit UCST-Verhalten ist das Copolymer aus Hydroxyethyl Methacrylat (HEMA) und Acetoacetoxyethyl Methacrylat(AAEM) [ V. Boyko et al., Macromol. Chem. Phys. 204 (2003), S. 2031-2039 ].Most temperature-sensitive hydrogels have a lower critical solution temperature (LCST) characteristic, ie, they are swollen at low temperatures and escape when a phase transition temperature is exceeded. The best-known LCST characteristic hydrogel, poly (N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm), has one Volume phase transition temperature of approx. 34 ° C. The position of the phase transition or switching temperature of NIPAAm-based hydrogels can be adjusted by copolymerization and variation of the synthesis parameters in a range of + 5 ° C and approx. + 60 ° C. Possible synthesis and structuring methods of PNIPAAm-based hydrogels are e.g. In [ A. Richter et al., J. Microelectromech. Syst. 12 (2003) 5, pp. 748-753 ]. Other representatives with LCST characteristic are based z. On poly (methyl vinyl ether) (PMVE) [ K.-F. Arndt et al., Macromol. Symp. 164 (2001), pp. 313-322 ] or hydroxypropylcellulose [ Kabra et al., Macromolecules 31 (1998), pp. 2166-2173 ]. Temperature-sensitive hydrogels with an Upper Critical Solution Temperature (UCST) characteristic swell when the phase transition temperature is exceeded and are swollen at low temperatures. A hydrogel with UCST behavior is the copolymer of hydroxyethyl methacrylate (HEMA) and acetoacetoxyethyl methacrylate (AAEM) [ Boyko et al., Macromol. Chem. Phys. 204 (2003), pp. 2031-2039 ].

Auch physikalisch vernetzte Hydrogele können temperatursensitiv sein. Derartige „thermoreversible" Gele besitzen ein Sol-Gel-Übergangsverhalten, d. h., bei Erreichen kritischer Temperaturen gelieren (vernetzen) sie oder lösen sich durch Entnetzung auf. Typische temperaturschaltbare physikalisch vernetzbare Hydrogele sind z. B. Gelatine, Pektin, Carrageen und Agar [ K. te Nijenhuis, Thermoreversible Networks, Adv. Polym. Sci. 130, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York 1997 ]. Temperatur-sensitive Hydrogele lassen sich auch für Licht sensibilisieren. Dazu kann man Farbpigmente in die Hydrogele einsynthetisieren oder das Trägersubstrat farbig gestalten. Für Licht mit einem breiten Wellenlängenspektrum eignet sich besonders eine Schwarzfärbung. Die Farben wandeln die Lichtenergie durch Absorption in Wärmeenergie um, so dass das Hydrogel über seine Phasenübergangstemperatur erwärmt wird.Physically crosslinked hydrogels can also be temperature-sensitive. Such "thermoreversible" gels have a sol-gel transition behavior, ie they gel (crosslink) on reaching critical temperatures or dissolve by dewetting Typical temperature-switchable physically crosslinkable hydrogels are, for example, gelatin, pectin, carrageenan and agar [ K. te Nijenhuis, Thermoreversible Networks, Adv. Polym. Sci. 130, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York 1997 ]. Temperature-sensitive hydrogels can also be sensitized to light. For this purpose one can synthesize color pigments in the hydrogels or make the carrier substrate colored. For light with a broad spectrum of wavelengths, a black coloration is particularly suitable. The colors convert the light energy by absorption into heat energy, so that the hydrogel is heated above its phase transition temperature.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention

Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden, wobei den verwendeten Bezugszeichen gleich bleibende Bedeutung zukommt. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The Invention is intended to be based on exemplary embodiments are explained, wherein the reference numerals used are the same lasting importance. In the accompanying drawings demonstrate:

1 den prinzipiellen Aufbau des Mikroarray-Systems mit hydrogelbasierten Speicherelementen, 1 the basic structure of the microarray system with hydrogel-based storage elements,

2 eine Einrichtung zum passgenauen Fügen und Fixieren der Mikroarray-Komponenten zueinander, 2 a device for accurately fitting and fixing the microarray components to each other,

3a und 3b den Entladeprozess chemisch vernetzter, entquellender temperatursensitiver Hydrogelspeicher, 3a and 3b the discharge process of chemically crosslinked, deswelling temperature-sensitive hydrogel storage,

4a bis 4d den Entladeprozess physikalisch vernetzter, sich auflösender temperatursensitiver Hydrogelspeicher, 4a to 4d the discharge process physically networked, dissolving temperature-sensitive hydrogel storage,

5a und 5b die Prozessierung von Substanzen, die auf einem Mikroarray an der Oberfläche aufgebracht sind, 5a and 5b the processing of substances that are applied to a microarray on the surface,

6a und 6b Möglichkeiten zum gleichzeitigen Handhaben von mehr als zwei Prozessmedien, wobei
6a die Sandwich-artige Kombination von drei Mikroarray-Platten und
6b das Einbringen von monolithischen Speicherelementen in Reaktionskammern verdeutlichen,
6a and 6b Possibilities for handling more than two process media simultaneously, wherein
6a the sandwich-like combination of three microarray plates and
6b illustrate the introduction of monolithic storage elements in reaction chambers,

7a, 7b und 7c Einrichtungen zum Beladen der Mikroarray-Komponenten mit verschiedenen Medien, 7a . 7b and 7c Means for loading the microarray components with different media,

8 eine Mikroarray-Komponente mit Speicherelementen unterschiedlicher Volumina, und 8th a microarray component with storage elements of different volumes, and

9 eine Mikroarray-Platte mit sechs Teilarrays. 9 a microarray plate with six subarrays.

Anhand der 1 bis 3 wird die prinzipielle Funktions weise des Flüssigkeitshandhabungssystems erläutert.Based on 1 to 3 the principle of operation of the liquid handling system is explained.

Das Basiselement des Flüssigkeitshandhabungssystems ist das Mikroarray. Wie 1 zeigt, besteht dieses aus einer Mikroarray-Platte 1 und trägt Speicherelemente 2. Die Speicherelemente können als freistehende Monolithen (2a) auf einer glatten Mikroarray-Platte 1a ausgeführt sein oder sich in Einzelkammern, die durch Wände separiert sind (Speicherelement 2b auf Platte 1b), befinden. Während einem später näher zu beschreibenden Beladevorgang nehmen die Speicherelemente 2 entsprechend ihrem durch Synthese und Geometrie vorgegebenen Speichervolumen eine definierte Menge einer Prozessflüssigkeit durch Quellen auf. Durch diesen Vorgang wird die Flüssigkeit in viele diskrete Teilmengen unterteilt. Mit einer zweiten Mikroarray-Platte 1 wird in entsprechender Weise mit einem anderen Prozessmedium verfahren. Danach sind die beiden Mikroarrays miteinander zu vereinen. Um dies mit der notwendigen räumlichen Präzision durchzuführen, empfiehlt sich der Einsatz einer Hilfsvorrichtung. Eine mögliche Ausführung in Form einer Mikroarray-Kassette ist in 2 skizziert. In die Kassettenteile 11a und 11b werden in entsprechende Aussparungen 12a, 12b die Mikroarray-Platten 1a und 1b gelegt. Durch geeignete konstruktive Gestaltung dieser Aussparungen 12 können die Mikroarray-Platten 1, welche hinsichtlich ihrer Speicherelemente das gleiche Rastermaß aufweisen, passgenau zueinander ausgerichtet und dann aufeinander gelegt werden. Dazu können 11a und 11b beispielsweise eine Scharnierverbindung aufweisen. Wie 3a illustriert, bilden nach dem Aneinanderdrücken der Mikroarray-Platten 1a und 1b und Arretierung der Kassettenteile 11a und 11b Paare von Speicherelementen 2a und 2b voneinander isolierte und dicht verschlossene Reaktionskammern 13. Die Mikroarray- Kassette ist nun bereit für das Prozessieren. Der Prozess startet mit der simultan in allen Reaktionskammern 13 ablaufenden Vermischung der Medien, welche beispielsweise durch homogene Erwärmung der ganzen Kassette über die Schalttemperatur der Speicherelemente ausgelöst wird. Im Falle thermisch induzierter Reaktionen, wie z. B. Polymerase-Kettenreaktionen, kann die notwendige Erwärmung mit dem Thermozykliergerät durchgeführt werden.The basic element of the liquid handling system is the microarray. As 1 shows, this consists of a microarray plate 1 and carries storage elements 2 , The storage elements can be used as freestanding monoliths ( 2a ) on a smooth microarray plate 1a be executed or in individual chambers, which are separated by walls (memory element 2 B on plate 1b ), are located. During a loading process to be described later take the memory elements 2 according to their predetermined by synthesis and geometry storage volume, a defined amount of a process fluid by swelling. This process divides the liquid into many discrete subsets. With a second microarray plate 1 is handled in a similar manner with another process medium. Then the two microarrays are to be combined. To do this with the necessary spatial precision, the use of an auxiliary device is recommended. One possible embodiment in the form of a microarray cassette is in 2 outlined. In the cassette parts 11a and 11b be in corresponding recesses 12a . 12b the microarray plates 1a and 1b placed. By suitable structural design of these recesses 12 can the microarray plates 1 which in terms of their Speicherele Mente have the same pitch, accurately aligned with each other and then placed on each other. Can do this 11a and 11b For example, have a hinge connection. As 3a illustrated form after pressing the microarray plates together 1a and 1b and locking the cassette parts 11a and 11b Pairs of memory elements 2a and 2 B isolated from each other and tightly closed reaction chambers 13 , The microarray cassette is now ready for processing. The process starts with the simultaneous in all reaction chambers 13 ongoing mixing of the media, which is triggered for example by homogeneous heating of the entire cassette on the switching temperature of the memory elements. In the case of thermally induced reactions, such. As polymerase chain reactions, the necessary heating can be carried out with the Thermozykliergerät.

Das Reaktionsergebnis ist durch nachfolgende Paarung mit einem weiteren Mikroarray weiter prozessierbar. Diese Reaktionskette kann beliebig fortgeführt werden, d. h., es können vielstufige Reaktionen durchgeführt werden.The Reaction result is by subsequent mating with another Microarray further processable. This reaction chain can be continued as desired be, d. that is, multi-step reactions can be performed become.

Der Entladeprozess der Speicherelemente variiert in Abhängigkeit der genutzten Speichermaterialien und der zu prozessierenden Substanzen. Wesentliche Möglichkeiten sind in den 3 bis 5 dargestellt.The discharge process of the storage elements varies depending on the storage materials used and the substances to be processed. Essential possibilities are in the 3 to 5 shown.

Die 3a und 3b illustrieren die Funktionsweise von Speicherelementen auf Basis temperatursensitiver chemisch vernetzter Hydrogele wie PNIPAAm oder PMVE. Die Speicherelemente 2d und 2e der Mikroarray-Platten 1a und 1b nehmen durch Quellung die jeweiligen Prozessmedien auf und fixieren diese gleichzeitig. Beim Quellen können hauptsächlich Flüssigkeiten aufgenommen werden. Durch ihre Porosität sind die Hydrogele zudem in der Lage, gelöste Substanzen und Partikel bis zu einer gewissen Maximalgröße aufzunehmen. Die Porosität der Hydrogele lässt sich durch Variation der Synthesebedingungen einstellen. Zum Entladen wird der ganze Aufbau in 3a, zumindest aber die Hydrogelelemente 2d, 2e über ihre Volumenphasenübergangstemperatur, bei PNIPAAm also über 34°C, erhitzt. Wie 3b zeigt, entquellen dann die Speicherelemente (2f und 2g) unter Abgabe des Prozessmediums 14, welches nicht aus den dicht verschlossenen Einzelreaktionskammern 13 entweichen kann.The 3a and 3b illustrate the functioning of storage elements based on temperature-sensitive chemically cross-linked hydrogels such as PNIPAAm or PMVE. The memory elements 2d and 2e the microarray plates 1a and 1b absorb the respective process media by swelling and fix them at the same time. When swelling mainly liquids can be absorbed. Due to their porosity, the hydrogels are also able to absorb dissolved substances and particles up to a certain maximum size. The porosity of the hydrogels can be adjusted by varying the synthesis conditions. For unloading the whole construction is in 3a but at least the hydrogel elements 2d . 2e over its volume phase transition temperature, at PNIPAAm, ie above 34 ° C, heated. As 3b shows then the storage elements ( 2f and 2g ) with delivery of the process medium 14 which does not come from the tightly closed single reaction chambers 13 can escape.

Den Entladeprozess von thermoreversiblen physikalisch vernetzten Hydrogelen wie Agar zeigen die 4a und 4b. Während die Platte 1a mit chemisch vernetzten Speicherlementen 2d versehen ist, weist die Platte 1b thermoreversible Hydrogelspeicherelemente 2h auf. Diese können ebenfalls durch Quellung im Prozessmedium beladen werden. Nach Überschreiten der kritischen Temperatur, bei Standard-Agar beträgt diese 95°C, löst sich das Gel durch Entnetzung auf und setzt das Prozessmedium frei. Nun kann sich das Medium 16 mit dem Medium 14 vermischen.The unloading process of thermo-reversible physically cross-linked hydrogels such as agar show the 4a and 4b , While the plate 1a with chemically networked storage elements 2d is provided has the plate 1b thermoreversible hydrogel storage elements 2h on. These can also be loaded by swelling in the process medium. After exceeding the critical temperature, with standard agar this is 95 ° C, the gel dissolves by dewetting and releases the process medium. Now the medium can be 16 with the medium 14 mix.

Physikalisch vernetzte Hydrogele können weiterhin zum Immobilisieren bzw. Speichern von partikelartigen Substanzen genutzt werden, die aufgrund ihrer Größe nicht mit chemisch vernetzten Hydrogelen handhabbar sind (4c und 4d). Zum Beladen wird der gelierbaren Flüssigkeit die entsprechende Substanz beigegeben. Bei gelöstem Agar kann dies beispielsweise bei Temperaturen oberhalb 45°C erfolgen. Unterhalb 45°C erstarrt dann das Agar zu einer festen Matrix 17, welche die festen Substanzen 19 als Inklusen enthält. Zum Freisetzen bzw. Entladen dieser Substanzen ist die kritische Temperatur, oberhalb derer sich das thermoreversible Gel auflöst, zu überschreiten. Agar geht ab 95°C in den gelösten Zustand 18 über und setzt dabei die Substanzen 20 frei. Zum Fixieren bzw. Speichern partikelartiger Substanzen lassen sich auch Substanzen mit niedriger Schmelztemperatur, wie z. B. Weichparaffine (Vaseline besitzt Schmelztemperaturen zwischen 35°C und 60°C) und Fette, verwenden.Physically crosslinked hydrogels can furthermore be used for immobilizing or storing particulate substances which, because of their size, can not be handled with chemically cross-linked hydrogels ( 4c and 4d ). For loading, the gelable liquid is added to the corresponding substance. For dissolved agar, this can be done, for example, at temperatures above 45 ° C. Below 45 ° C, the agar solidifies to a solid matrix 17 which are the solid substances 19 contains as inclusions. To release or discharge these substances, the critical temperature above which the thermo-reversible gel dissolves, must be exceeded. Agar goes from 95 ° C in the dissolved state 18 over and puts the substances 20 free. For fixing or storing particulate substances can also substances with low melting temperature, such. B. soft paraffins (Vaseline has melting temperatures between 35 ° C and 60 ° C) and fats use.

Die 5a und 5b verdeutlichen die Funktionsweise des Flüssigkeitshandhabungssystems für Substanzen bzw. Probanden, die an Oberflächen adsorbieren. In die Einzelkammern der Mikroarray-Platte 1b wird ein Adsorbenz 21 eingebracht, welches selbst ein Hydrogel oder auch handelsübliche Materialien (z. B. Aldehyd-, Amino-, Epoxy-modifizierte Oberflächenbeschichtungen) sein können. Nach Einspülen der Substanz-haltigen Lösung adsorbiert in Abhängigkeit von der Adsorptionsrate und den freien Adsorbatplätzen eine bestimmte Anzahl von Teilchen auf dem Adsorbenz 21. Nach Paarung der Platte 1b mit der Platte 2a, welche beladene chemisch vernetzte Hydrogelspeicher 2d trägt, setzt dieser durch den bereits geschilderten Entladeprozess das Prozessmedium 14 frei, welches nun auf das Adsorbat 22 einwirken kann.The 5a and 5b illustrate the functionality of the fluid handling system for substances or subjects that adsorb to surfaces. Into the individual chambers of the microarray plate 1b becomes an adsorbent 21 introduced, which itself may be a hydrogel or commercially available materials (eg., Aldehyde, amino, epoxy-modified surface coatings). After the substance-containing solution has been flushed in, a certain number of particles are adsorbed on the adsorbent, depending on the adsorption rate and the free adsorbate sites 21 , After mating the plate 1b with the plate 2a , which loaded chemically crosslinked hydrogel storage 2d carries, sets this by the already described discharge process, the process medium 14 free, which now on the adsorbate 22 can act.

Wie 6a illustriert, lassen sich auch mehr als zwei Mikroarray-Platten gleichzeitig miteinander kombinieren. Während die Platten 1a und 1b den bereits in den 3 bis 5 gezeigten Aufbau aufweisen können, besitzt die Mikroarray-Platte 1c Öffnungen der Einzelkammern nach oben und unten. Das darin befindliche Speicherelement 2i besitzt allerdings die gleiche Funktionsweise wie die anderen Speicherelemente 2. Im übertragenen Sinn können auch die anderen Speichermedien 17 und 21 für 1c genutzt werden. Als besondere Maßnahme empfiehlt sich bei bestimmten Anlässen der Einsatz einer Folie 23, welche im Wesentlichen eine Dichtungsfunktion als Schutz gegen Medienverlust bzw. Auslaufen dient. Sie muss nach dem Fügen der Mikroarray-Platten 1a bis 1c zerstört oder zumindest mediendurchlässig werden. Eine Zerstörung kann mechanisch beim Fügen der Platten 1a bis 1c erfolgen oder, wenn die Folie 23 schmelzbar, auflösbar oder anderweitig in ihren Eigenschaften veränderbar ist, durch Einwirken eines bestimmten Umgebungsparameters, insbesondere der Temperatur, erfolgen. Die Einzelzellen der drei Mikroarray-Platten 1a bis 1c formen nun die Reaktionskammer 13, welche drei Prozessmedien enthält. Die Kombination von Mikroarray-Platten lässt sich in der beschriebenen Weise fortführen.As 6a illustrated, more than two microarray plates can be combined simultaneously. While the plates 1a and 1b already in the 3 to 5 may have shown construction, the microarray plate 1c has openings of the individual chambers up and down. The memory element located therein 2i However, it has the same functionality as the other memory elements 2 , In a figurative sense, the other storage media 17 and 21 For 1c be used. As a special measure, the use of a film is recommended on certain occasions 23 which essentially serves a sealing function as protection against media loss or leakage. It must be after joining the microarray plates 1a to 1c destroyed or at least media-permeable. Destruction can be done mechanically when joining the plates 1a to 1c done or if the film 23 fusible, dissolvable or otherwise variable in their properties, by the action of a certain environmental parameter, in particular the temperature, take place. The single cells of the three microarray plates 1a to 1c now form the reaction chamber 13 , which contains three process media. The combination of microarray plates can be continued in the manner described.

Die Kombination von mehreren Prozessmedien in einem Verfahrensschritt lässt sich auch durch Nutzung von Mikroarray-Platten mit monolithischen Speicherelementen realisieren (6b). Zu dem im Element 2e der Platte 1b gespeicherten Medium lassen sich nacheinander Elemente 2a bis 2c hinzufügen, indem die Mikroarray-Platten 1a auf 1b gelegt werden und dann durch Wegziehen von 1a die Speicherelemente 2a und bei Wiederholung dieses Vorganges 2b und 2c abgestreift werden, so dass diese in der Reaktionskammer 13 verbleiben. Auch hierfür lassen sich sämtliche genannten Speichertypen verwenden.The combination of several process media in one process step can also be realized by using microarray plates with monolithic memory elements ( 6b ). To that in the element 2e the plate 1b stored medium can be successively elements 2a to 2c Add by the microarray plates 1a on 1b be placed and then by pulling away from 1a the memory elements 2a and by repeating this process 2 B and 2c be stripped off, leaving these in the reaction chamber 13 remain. Again, all of these types of storage can be used.

Von besonderer Bedeutung ist die Beladung der Mikroarrays. Ein Mikroarray kann:

  • – gleichförmig
  • – mit einem Medien unterschiedlicher Konzentration
  • – mit verschiedenen Medien
sowie entsprechenden Kombinationen beladen sein. Die gleichförmige Beladung lässt sich beispielsweise durch Eintauchen in das Medium realisieren.Of particular importance is the loading of the microarrays. A microarray can:
  • - uniform
  • - with a media of different concentration
  • - with different media
as well as corresponding combinations. The uniform loading can be realized for example by immersion in the medium.

Die 7a bis 7c verdeutlichen Möglichkeiten zum Beladen eines Mikroarrays mit verschiedenen Medien. Mikroarray-Platten 1 mit monolithischen Speicherelementen 2 lassen sich mit einer speziellen Vorrichtung 3 beladen (7a). Dazu wird die Platte 1 so auf 3 positioniert, dass die Speicherelemente 2 in Kanalstrukturen 4 eindringen. Über verschiedene Anschlüsse 5 lassen sich dann die im jeweiligen Kanal 4 befindlichen Speicherelemente 2 mit dem bereitgestellten Medium durch Quellung beladen. Je nach Kanalstrukturgeometrie lassen sich Reihen, Spalten oder andere Segmente des Mikroarrays gleichartig beladen.The 7a to 7c illustrate ways to load a microarray with different media. Microarray plates 1 with monolithic storage elements 2 can be with a special device 3 loaded ( 7a ). This is the plate 1 so on 3 positioned that the memory elements 2 in channel structures 4 penetration. About different connections 5 can then be in the respective channel 4 located memory elements 2 loaded with the provided medium by swelling. Depending on the channel structure geometry, rows, columns or other segments of the microarray can be loaded similarly.

Eine Beladevorrichtung für Mikroarray-Platten mit in getrennten Einzelkammern befindlichen Speicherelementen zeigen die 7b und 7c. Nach passgenauem und mediendichtem Fügen der Mikroarray-Platte 1 mit der Vorrichtung 3 werden über die Anschlüsse 5a bis 5f jene Speicherelemente 2 mit dem gleichen Medium bestückt, welche über die jeweiligen Zuleitungen 6a bis 6f, gegebenenfalls über Einzelanschlüsse 7 entsprechend verbunden sind. Zum Entlüften bzw. zum Zwecke der Abführung überflüssigen Mediums ist jede Speicherzelle zudem mit der Abführung 8 verbunden.A loading device for microarray plates with storage elements located in separate individual chambers show the 7b and 7c , After precise and media-tight joining of the microarray plate 1 with the device 3 be over the connections 5a to 5f those storage elements 2 equipped with the same medium, which via the respective supply lines 6a to 6f , if necessary via individual connections 7 are connected accordingly. For venting or for the purpose of discharging superfluous medium each memory cell is also with the discharge 8th connected.

Nach erfolgter Beladung wird die Vorrichtung 3 entfernt und die vorbereiteten Mikroarray-Platten miteinander kombiniert.After loading, the device 3 removed and the prepared microarray plates combined.

Anhand von 7c soll stellvertretend für viele weitere Prozeduren eine quantitative Polymerase-Kettenreaktion (quantitative polymerase chain reaction Q-PCR), welche als Sonderfall der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) nicht nur Nukleinsäuren vervielfältigen, sondern diese auch Quantifizieren kann. Das Biochip-System nach 7c ist in der Lage, 10 DNA-haltige Proben mit jeweils 10 verschiedenen Untersuchungsreagenzien (Assays) zu kombinieren, also 100 verschiedene Reaktionen durchzuführen. Praktisch verwendete Biochip-Systeme werden sicher eine deutlich höhere Anzahl von Proben- und Assay-Kanälen besitzen, z. B. 48 × 48 (2304 verschiedene Reaktionen) oder 96 × 96 (9216 Reaktionen) Kanäle. Eine erste Mikroarray-Platte 1a wird unter Nutzung der Beladungsvorrichtung 3 über die Anschlüsse 5a bis 5j mit einer Lösung, welche die DNA-Proben und einen Mastermix (z. B. TaqMan Universal PCR Mastermix, Verhältnis 1:1)) enthält, befüllt. Zuleitungsweise (6a bis 6j) werden je weils zehn Speicherelemente 2 mit dem gleichen Probenmedium beladen, indem diese das Medium durch Quellen aufnehmen. In gleicher Weise wird eine zweite Mikroarray-Platte 1b mit der Assay-Lösung, welche die Primer und die TaqMan-Sonde enthält, beladen. Nach dem dichten Fügen der beladenen Mikroarray-Platten 1a und 1b in der Kassette wird diese in ein Thermozykliergerät verbracht und ein geeignetes PCR-Temperaturprogramm gefahren, welches z. B. folgendermaßen aussehen kann:

  • – 8 min bei 95°C Initialisierung
  • – Zyklusstart (insgesamt 40 Zyklen) mit • 15 s 95°C Denaturierung • 60 s 60°C Anlagerung und Elongation.
Based on 7c is to represent many other procedures a quantitative polymerase chain reaction (quantitative polymerase chain reaction Q-PCR), which as a special case of the polymerase chain reaction (PCR) not only amplify nucleic acids, but also quantify them. The biochip system after 7c is able to combine 10 DNA-containing samples with 10 different assay reagents (assays), ie perform 100 different reactions. Practically used biochip systems will certainly have a significantly higher number of sample and assay channels, e.g. 48x48 (2304 different reactions) or 96x96 (9216 reactions) channels. A first microarray plate 1a is using the loading device 3 over the connections 5a to 5y with a solution containing the DNA samples and a master mix (eg TaqMan Universal PCR Master Mix, ratio 1: 1)). Supply way ( 6a to 6y ) are ever ten memory elements 2 loaded with the same sample medium by absorbing the medium by swelling. In the same way, a second microarray plate 1b loaded with the assay solution containing the primers and the TaqMan probe. After tightly fitting the loaded microarray plates 1a and 1b in the cassette, this is spent in a Thermozykliergerät and driven a suitable PCR temperature program, which z. B. can look like this:
  • - 8 min at 95 ° C initialization
  • - cycle start (40 cycles in total) with • 15 s 95 ° C denaturation • 60 s 60 ° C annealing and elongation.

Danach oder auch während der Zyklen (Real-time Q-PCR) lassen sich die Ergebnisse mit Fluoreszenzmessungen quantitativ untersuchen.After that or even during the cycles (real-time Q-PCR) can be quantitatively examine the results with fluorescence measurements.

Das typische Speichervermögen der Speicherelemente 2 liegt zwischen etwa 100 pl und wenigen hundert nl. So beträgt dieses Volumen bei Strukturdimensionen im Bereich von 50 μm und 500 μm zwischen 1 nl und 125 nl.The typical storage capacity of the storage elements 2 is between about 100 pl and a few hundred nl. For example, with structural dimensions in the range of 50 μm and 500 μm, this volume is between 1 nl and 125 nl.

Die Volumen-Verhältnisse der zu mischenden Flüssigkeiten lassen sich zunächst durch ihre Konzentrationen festlegen. Um die Mischungsverhältnisse auf den Mikroarrays zu variieren, wie es z. B. für enzymkinetische Untersuchungen und andere Verfahren mit der Notwendigkeit von Konzentrationsgradienten notwendig ist, kann einfach das Speichervermögen der Speicherelemente voreingestellt werden. Dies ist durch synthetisches Einstellen des maximalen Quellungsgrades des Hydrogels (Netzkettenmolmasse, Vernetzungsdichte) möglich. Leichter lässt es sich über die Abmessungen der Speicherelemente 2 einstellen. Wie 8 illustriert, kann eine Mikroarray-Platte 1b mit einer Platte 1a kombiniert werden, deren monolithische Speicherelemente 2a, 2b, 2c jeweils eine unterschiedliche Größe bzw. Volumen und damit bei gleichem Hydrogelmaterial unterschiedliche Speicherkapazitäten besitzen. In vergleichbarer Weise ist die Größe von separierten Einzelkammern variierbar.The volume ratios of the liquids to be mixed can be initially determined by their concentrations. To vary the mixing ratios on the microarrays, as z. B. for enzyme kinetic studies and other methods with the need for concentration gradients is necessary, simply the memory capacity of the memory elements preset who the. This is possible by synthetically adjusting the maximum degree of swelling of the hydrogel (net chain molecular weight, crosslink density). It is easier to calculate the dimensions of the storage elements 2 to adjust. As 8th Illustrated, a microarray plate 1b with a plate 1a combined, their monolithic storage elements 2a . 2 B . 2c each have a different size or volume and thus have different storage capacities for the same hydrogel material. In a comparable way, the size of separated individual chambers can be varied.

Besonders für Untersuchungen mit hoher statistischer Sicherheit, aber auch zum zielgerichteten untersuchen hochverdünnter Medien nach bestimmten Zielsubstanzen werden Mikroarrays benötigt, welche die Probe in besonders viele kleine diskrete Teilmengen zerlegen. Ein derartiges System ist in 9 dargestellt. Die Mikroarray-Platte 1 ist in sechs Teilarrays 15 unterteilt. Jedes Teilarray kann eine bestimmte Proben-Assay-Mischung aufnehmen. Untersucht man mit diesem System Verdünnungsreihen des Probenmaterials, lässt sich beispielsweise eine absolute Quantifizierung einer Zielsubstanz realisieren.Especially for studies with high statistical certainty, but also for the targeted examination of highly diluted media for specific target substances, microarrays are needed, which break down the sample into a particularly large number of small discrete subsets. Such a system is in 9 shown. The microarray plate 1 is in six subarrays 15 divided. Each sub-array can accommodate a particular sample-assay mixture. If dilution series of the sample material are examined with this system, it is possible, for example, to realize an absolute quantification of a target substance.

Die Komponenten des Mikroarray-Systems bestehen nahezu vollständig aus Kunststoff. Sie lassen sich deshalb mit den üblichen Verfahren der Kunststoffverarbeitung wie Spritzguss, Heißverformung und Heißprägung herstellen. Als Kunststoffe können beispielsweise Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyamid (PA), Polystyrol (PS), Cyclo-Olefin-Copolymere (COC) sowie Polyester (PES) Verwendung finden. Für kleinere Serien und Unikate eignet sich besonders Polydimethylsiloxan PDMS. Mit diesem Material können mit einer einfachen Masterabformtechnologie auch komplizierte Mikrostrukturen in kurzer Zeit realisiert werden. Die Kanal- und anderen Strukturen werden als fotostrukturierter Resist auf herkömmlichem Leiterplattenmaterial im Negativ realisiert und dann durch Formgießen und anschließendem Aushärten durch das PDMS im Positiv nachgebildet.The Components of the microarray system exist almost completely made of plastic. They can therefore be with the usual Processes of plastics processing such as injection molding, hot deformation and hot stamping. As plastics can for example polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate (PMMA), Polyamide (PA), polystyrene (PS), cyclo-olefin copolymers (COC) as well as Polyester (PES) find use. For smaller series and Unique products are particularly suitable polydimethylsiloxane PDMS. With this Material can with a simple master impression technology Even complicated microstructures can be realized in a short time. The channel and other structures are called photostructured Resist on conventional PCB material in negative realized and then by molding and then Curing by the PDMS imitated in the positive.

Hydrogele lassen sich ebenfalls in vielfältiger Form strukturieren. Dies kann z. B. durch Fotovernetzen, Fotopolymerisieren oder Formgießen erfolgen [ A. Richter, in C.T. Leondes: MEMS/NEMS HANDBOOK: Techniques and Applications. Springer New York 2006, vol. 2, Kap. 5, S. 141-171 ].Hydrogels can also be structured in a variety of forms. This can be z. By photocrosslinking, photopolymerizing or molding [ A. Richter, in CT Leondes: MEMS / NEMS HANDBOOK: Techniques and Applications. Springer New York 2006, vol. 2, chap. 5, pp. 141-171 ].

Ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Mikroarray-Technologie ist seine Kosteneffizienz. Die benötigten Basiselemente der Technologie, wie die Mikroarray-Platten, die Beladungsvorrichtungen und auch Kassetten, besitzen einen äußerst einfachen, im Regelfall planaren Aufbau und lassen sich deshalb sehr preiswert herstellen. Die Handhabung der Komponenten ist nicht an besondere Gerätschaften und Fertigkeiten gebunden und kann in praktisch jedem Labor genutzt werden.One great advantage of the microarray technology according to the invention is its cost efficiency. The required basic elements technology, such as the microarray plates, the loading devices and also cassettes, have an extremely simple, im Usually planar construction and can therefore be very inexpensive produce. The handling of the components is not special Equipment and skills are tied and practical be used in every laboratory.

Ein besonderer Vorteil des Handhabungssystems ist die Möglichkeit der Durchführung mehrstufiger Reaktionen, indem mehrere Mikroarrays in sequentieller Folge miteinander kombiniert und prozessiert werden. Die Technologie besitzt das Potenzial, die herkömmliche Mikrotiterplatten-Technik abzulösen.One particular advantage of the handling system is the possibility carrying out multi-step reactions by adding several Microarrays combined and processed in sequential order become. The technology has the potential, the conventional one To replace the microtiter plate technique.

Das Flüssigkeitshandhabungssystem ist aufgrund der hochgradigen Parallelisierung der Vorgänge für Hochdurchsatz-Untersuchungen mit einer großen Anzahl von Einzelreaktionen bzw. Handhabungsschritten besonders geeignet.The Fluid handling system is due to the high grade Parallelization of processes for high-throughput investigations with a large number of individual reactions or handling steps particularly suitable.

Flüssig-Phasen-Chips, welche x Medien einer Chip-Platte mit y Medien einer weiteren Chip-Platte kombinieren (siehe auch 7c), sind besonders für Screening-Prozesse (breit angelegte Prüfung nach speziellen Eigenschaften, Substanzen, Verhaltensweisen usw.) geeignet. Die Technologie ist für chemische, biochemische und biologische Systeme glei chermaßen geeignet.Liquid phase chips, which combine x media of one chip plate with y media of another chip plate (see also 7c ), are particularly suitable for screening processes (wide-ranging testing for specific properties, substances, behavior, etc.). The technology is equally suitable for chemical, biochemical and biological systems.

Für die kombinatorische Chemie ist die Möglichkeit interessant, jede der (x·y) Kombinationen in einer Stufe parallel auszuführen, und dann später die Reaktionen in neuen Stufen durch neue Mikroarray-Paarungen weiterführen zu können.For combinatorial chemistry is interesting the way execute each of the (x · y) combinations in one stage in parallel, and then later the reactions in new stages by new ones To be able to continue microarray pairings.

In der Molekularbiologie und Biochemie profitieren Nukleinsäure-bezogene Verfahren wie die PCR, enzymatische und Immunoassays (z. B. Enzyme Linked Immunosorbent Assay ELISA) von der Erfindung, die jedoch nur stellvertretend für eine Vielfalt flüssigphasengekoppelter biochemischer Methoden stehen.In Molecular biology and biochemistry benefit nucleic acid-related Methods such as PCR, enzymatic and immunoassays (eg enzymes Linked Immunosorbent Assay ELISA) of the invention, however only representative of a variety of liquid phase coupled biochemical methods.

Im medizinischen und biologischen Bereich lässt sich die Wirkung von Umweltfaktoren, Wachstumsfaktoren, Schadstoffen usw. auf lebende Organismen oder Biomoleküle untersuchen. Weiterhin kann ein Wirkstoff- bzw. Medikamentenscreening sehr einfach realisiert werden. Zudem eröffnet die Technologie der Krankheitsdiagnostik völlig neue Möglichkeiten.in the medical and biological field can be the effect from environmental factors, growth factors, pollutants, etc. to living Examine organisms or biomolecules. Furthermore, can a drug or drug screening very easy realized become. In addition, the technology of disease diagnostics opens completely new possibilities.

Anwendungsschwerpunkte von Arrays nach 9, welche eine Probe in besonders viele kleine diskrete Teilmengen zerlegen, sind Untersuchungen, bei denen eine hohe statistische Sicherheit benötigt wird. Es lassen sich damit aber auch hoch bis absolut quantitative Untersuchungen an Verdünnungsreihen durchführen. In biologischen Systemen ist damit beispielsweise die Mutationsneigung bestimmter Organismen untersuchbar.Main applications of arrays after 9 , which break down a sample into a particularly large number of small discrete subsets, are studies in which a high statistical certainty is required. It can also be used to perform high to absolute quantitative studies on dilution series. In biological systems, for example, the mutation tendency of certain organisms can be examined.

Das Flüssigkeitshandhabungssystem ist selbstverständlich nicht nur für den manuellen Gebrauch, sondern auch für automatisierte und teilautomatisierte Systeme geeignet.The Liquid handling system is a matter of course not only for manual use, but also for automated and semi-automated systems suitable.

1, 1a–1c1, 1a-1c
Mikroarray-PlatteMicroarray plate
2, 2a–2c2, 2a-2c
Flüssigkeits-SpeicherelementFluid storage element
2d, 2e, 2i2d, 2e, 2i
gequollenes chemisch vernetztes Hydrogel-Speicherelementswollen chemically cross-linked hydrogel storage element
2f, 2g2f, 2g
entladenes bzw. entquollenes chemisch vernetztes Hydrogel-Speicherelementunloaded or swelled chemically cross-linked hydrogel storage element
2h2h
beladenes bzw. gequollenes physikalisch vernetztes Hydrogel-Speicherelementloaded or swelled physically crosslinked hydrogel storage element
33
Vorrichtung zum Beladencontraption for loading
44
Kanalstruktur der Beladungsvorrichtungchannel structure the loading device
5, 5a–5j5, 5a-5j
Anschlussconnection
6, 6a–6j6 6a-6j
Zuleitungsupply
77
Einzelanschluss für ein Speicherelementindividual connection for a storage element
88th
Entlüftung, Abführungventilation, removal
99
Einzelabführung für ein SpeicherelementSingle transfer for a storage element
1010
Anschluss der Abführungconnection the exhaustion
11, 11a, 11b11 11a, 11b
Kassettenteilcassette part
12, 12a, 12b12 12a, 12b
Aussparung für eine Mikroarray-Platterecess for a microarray plate
1313
Reaktionskammerreaction chamber
1414
Prozessmediumprocess medium
1515
Teilarraysubarray
1616
Prozessmedium mit gelösten Polymerkettenprocess medium with dissolved polymer chains
1717
festes Matrixmaterialsolid matrix material
1818
gelöstes bzw. verflüssigtes Matrixmaterialdissolved or liquefied matrix material
1919
Inkluse, eingeschlossene SubstanzAmber inclusion, enclosed substance
2020
freigesetzte Substanzreleased substance
2121
Adsorbenz, adsorbierende Oberflächeadsorbent, adsorbing surface
2222
Adsorbat, adsorbierte Substanzadsorbate adsorbed substance
2323
Foliefoil

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

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Claims (15)

Einrichtung zum Handhaben von Flüssigkeiten im pl- bis μl-Maßstab, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus mindestens zwei Mikroreaktorplatten (1a) und (1b) besteht, welche das gleiche Rastermaß und die gleiche bzw. eine andere eindeutig zuordnungsfähige Anzahl von Speicher- bzw. Adsorbenz-Elementen (2, 2a2i, 17, 18, 21) besitzen, wenigstens eine Mikroarray-Platte (1, 1a, 1b) Flüssigkeits-Speicherelemente (2, 2a2i) besitzt, die auf stimuli-sensitiven, insbesondere temperatur-sensitiven und/oder thermoreversiblen Hydrogelen beruhen, die Mikroarray-Platten (1, 1a1c) nach dem Beladen der Speicher- bzw. Adsorbenz-Elemente (2, 2a21, 17, 18, 21) mit Prozessmedien (14, 19, 22) passgenau und mediendicht gefügt werden, so dass sich voneinander isolierte Reaktionskammern (13) bilden, in denen die Speicherelemente (2, 2a2i, 17, 18) durch homogenes Einwirken einer als Steuergröße fungierenden Umgebungsgröße, insbesondere der Temperatur, gleichzeitig zum Freisetzen der bis dahin gespeicherten Medien (14, 16, 20) angeregt werden.Device for handling liquids in the pl to μl scale, characterized in that it consists of at least two microreactor plates ( 1a ) and ( 1b ) which has the same pitch and the same or a different uniquely assignable number of storage or adsorbent elements ( 2 . 2a - 2i . 17 . 18 . 21 ), at least one microarray plate ( 1 . 1a . 1b ) Liquid storage elements ( 2 . 2a - 2i ), which are based on stimuli-sensitive, in particular temperature-sensitive and / or thermoreversible hydrogels, the microarray plates ( 1 . 1a - 1c ) after loading the storage or adsorbent elements ( 2 . 2a - 21 . 17 . 18 . 21 ) with process media ( 14 . 19 . 22 ) are fitted accurately and media-tight, so that mutually isolated reaction chambers ( 13 ) in which the memory elements ( 2 . 2a - 2i . 17 . 18 ) by homogeneously acting on an environment variable acting as a control variable, in particular the temperature, simultaneously releasing the previously stored media ( 14 . 16 . 20 ). Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherelemente (2, 2a2h, 17, 18) bzw. Adsorbenz-Elemente (21) der Mikroarray-Platten (1, 1a, 1b, 1c) durch Beladevorrichtungen (3) über Kanal- (4, 6a6j) oder andere Strukturen mit Prozessmedien (14, 19, 22) beladen werden.Device according to claim 1, characterized in that the memory elements ( 2 . 2a - 2h . 17 . 18 ) or adsorbent elements ( 21 ) of the microarray plates ( 1 . 1a . 1b . 1c ) by loading devices ( 3 ) via channel ( 4 . 6a - 6y ) or other structures with process media ( 14 . 19 . 22 ). Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroarray-Platten (1, 1a, 1b, 1c) durch eine besondere Einrichtung, insbesondere eine Kassette mit Ober- und Unterteil (11, 11a, 11b), passgenau gefügt werden, so dass die entstandenen Reaktionskammern (13) voneinander isoliert und mediendicht sind.Device according to claim 1, characterized in that the microarray plates ( 1 . 1a . 1b . 1c ) by a special device, in particular a cassette with upper and lower part ( 11 . 11a . 11b ), are fitted accurately, so that the resulting reaction chambers ( 13 ) are isolated from each other and are media-tight. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügeeinrichtung über einen Mechanismus verfügt, mit dem der passgenaue und mediendichte Zustand der Mikroarray-Platten beibehalten werden kann.Device according to claim 3, characterized that the joining device has a mechanism has, with the tailor-made and media-dense state the microarray plates can be maintained. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausführen mehrstufiger Prozesse mehrere Mikroarray-Platten (1, 1a, 1b) sequentiell in entsprechender Reihenfolge miteinander gepaart werden.Device according to Claim 1, characterized in that, to carry out multi-stage processes, a plurality of microarray plates ( 1 . 1a . 1b ) are sequentially paired in appropriate order with each other. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Vermischen und Prozessieren mehrerer Prozessmedien in einem Arbeitsschritt mehr als zwei Mikroarray-Platten (1) als Stapel miteinander gepaart werden, wobei die beidseitig eingeschlossenen Mikroarray-Platten 1c beidseitige Öffnungen der Einzelzellen, in denen sich die Speicherelemente 2i befinden, zu ihren Verbindungspartnern aufweisen.Device according to claim 1, characterized in that for mixing and processing of a plurality of process media in a single operation more than two microarray plates ( 1 ) are paired as a stack, with the enclosed on both sides microarray plates 1c two-sided openings of the individual cells in which the memory elements 2i to have their connection partners. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Mikroarray-Platten 2i und ihren Verbindungspartnern eine Folie 23 vorhanden ist, welche mechanisch oder durch Einwirken bestimmter Umgebungsgrößen, insbesondere der Temperatur, zerstört wird.Device according to claim 6, characterized in that between the microarray plates 2i and its affiliates a slide 23 is present, which is destroyed mechanically or by the action of certain environmental variables, in particular the temperature. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Vermischen und Prozessieren mehrerer Prozessmedien in einem Arbeitsschritt in sequentieller Reihenfolge mehrere Mikroarray-Platten, welche monolithischen Speicherelemente aufweisen, mit Einzelzellen-haltigen Mikroarray-Platten gepaart werden, wobei durch Wegziehen der einen Mikroarray-Platte die monolithischen Speicherelemente in der Einzelzelle verbleiben.Device according to claim 1, characterized that for mixing and processing multiple process media in one Step in sequential order several microarray plates, which have monolithic storage elements, with single cell-containing Microarray plates are paired, whereby by pulling away the one Microarray plate the monolithic storage elements in the single cell remain. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichervolumen der hydrogelbasierten Speicherelemente (2, 2a2h, 17, 18) über deren Vernetzungseigenschaften eingestellt wird.Device according to claim 1, characterized in that the storage volume of the hydrogel-based storage elements ( 2 . 2a - 2h . 17 . 18 ) is adjusted via their networking properties. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichervolumen der hydrogelbasierten Speicherelemente (2, 2a2h, 17, 18) durch Variation von deren Abmessungen eingestellt wird.Device according to claim 1, characterized in that the storage volume of the hydrogel-based storage elements ( 2 . 2a - 2h . 17 . 18 ) is adjusted by varying their dimensions. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die chemisch vernetzten temperatursensitiven Hydrogele eine Lower Critical Solution Temperature-Charakteristik besitzen, insbesondere Hydrogele auf Basis von N-Isopropylacrylamid und Poly(Methylvinylether).Device according to claim 1, characterized that the chemically crosslinked temperature-sensitive hydrogels a Lower Critical Solution Temperature characteristics, in particular Hydrogels based on N-isopropylacrylamide and poly (methyl vinyl ether). Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die chemisch vernetzten temperatursensitiven Hydrogele eine Upper Critical Solution Temperature-Charakteristik besitzen, insbesondere Hydrogele auf Basis von Hydroxyethyl Methacrylat und Acetoacetoxyethyl Methacrylat.Device according to claim 1, characterized that the chemically crosslinked temperature-sensitive hydrogels a Upper Critical Solution Temperature characteristics, in particular Hydrogels based on hydroxyethyl methacrylate and acetoacetoxyethyl Methacrylate. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die physikalisch vernetzten thermoreversiblen Hydrogele Gelatinen oder Polysaccharide wie Carrageen, Pektine und Agar sind.Device according to claim 1, characterized that the physically crosslinked thermo-reversible hydrogels gelatins or polysaccharides such as carrageenan, pectins and agar. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Fixieren bzw. Speichern partikelartiger Substanzen (19) Substanzen (17) mit niedriger Schmelztemperatur, wie z. B. Weichparaffine, verwendet werden.Device according to claim 1, characterized in that for fixing or storing particulate substances ( 19 ) Substances ( 17 ) with a low melting temperature, such. As soft paraffins, are used. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die als Steuergröße fungierende Umgebungsgröße auf Teilbereiche einer Kombination prozessbereiter Mikroarrays (1, 1a1c) zeitlich und/oder quantitativ verschieden ein wirkt.Device according to Claim 1, characterized in that the environmental variable acting as a control variable is based on subregions of a combination of process-ready microarrays ( 1 . 1a - 1c ) acts temporally and / or quantitatively different.
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