DE102015204882A1 - Purification unit for purifying at least one substance from a sample liquid, purification device, method for operating a purification unit and method for producing a purification unit - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Aufreinigungseinheit (100) zum Aufreinigen zumindest einer Substanz (124) aus einer Probenflüssigkeit (122). Die Aufreinigungseinheit (100) umfasst eine Probenkammer (104) zum Aufnehmen der Probenflüssigkeit (122), eine Reagenzkammer (102) zum Aufnehmen eines Reagenzes (120), eine über einen Reagenzkanal (108) mit der Reagenzkammer (102) und über einen Probenkanal (110) mit der Probenkammer (104) verbundene oder verbindbare Filtereinrichtung (106) zum Ausfiltern der Substanz (124) aus der Probenflüssigkeit (122) unter Verwendung des Reagenzes (120), eine Halteeinrichtung (116) zum Anordnen und/oder Halten eines auswechselbaren Auffangbehälters (114) unter einem Ablauf (112) der Filtereinrichtung (106), um die Substanz (124) aufzufangen, und eine Schnittstelle (118) zu einem Drucksteuergerät (302) zum Steuern eines Flüssigkeitstransports innerhalb der Aufreinigungseinheit (100) durch Beaufschlagen der Schnittstelle (118) mit einem pneumatischen Druck.The invention relates to a purification unit (100) for purifying at least one substance (124) from a sample liquid (122). The purification unit (100) comprises a sample chamber (104) for receiving the sample liquid (122), a reagent chamber (102) for receiving a reagent (120), a reagent channel (108) with the reagent chamber (102) and a sample channel ( 110) connected to the sample chamber (104) or connectable filter means (106) for filtering out the substance (124) from the sample liquid (122) using the reagent (120), a holding device (116) for arranging and / or holding a replaceable collecting container (114) under a drain (112) of the filter device (106) to catch the substance (124), and an interface (118) to a pressure controller (302) for controlling a liquid transport within the purification unit (100) by applying the interface ( 118) with a pneumatic pressure.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Aufreinigungseinheit zum Aufreinigen zumindest einer Substanz aus einer Probenflüssigkeit, auf eine Aufreinigungsvorrichtung, auf ein Verfahren zum Betreiben einer Aufreinigungseinheit, auf ein Verfahren zum Herstellen einer Aufreinigungseinheit, auf eine entsprechende Vorrichtung sowie auf ein entsprechendes Computerprogramm.The present invention relates to a purification unit for purifying at least one substance from a sample liquid, to a purification device, to a method for operating a purification unit, to a method for producing a purification unit, to a corresponding device and to a corresponding computer program.
Für die Durchführung biochemischer Prozesse kommen zunehmend sogenannte Lab-on-a-Chip-Systeme, auch Westentaschenlabore oder Chiplabore genannt, zum Einsatz. Dabei handelt es sich beispielsweise um mikrofluidische Systeme, bei denen eine gesamte Funktionalität eines makroskopischen Labors auf einem etwa plastikkartengroßen Kunststoffsubstrat untergebracht werden kann. Zudem ist die Aufreinigung gegenwärtig nur manuell über Säulen, Ausfällen oder durch Pipettierautomaten durchführbar, was insbesondere im Labormaßstab sehr teuer ist. For the implementation of biochemical processes increasingly so-called lab-on-a-chip systems, also called Westentaschenlabore or chip labs are used. These are, for example, microfluidic systems in which all the functionality of a macroscopic laboratory can be accommodated on an approximately plastic-card-sized plastic substrate. In addition, the purification is currently only manually via columns, failures or by automatic pipetting feasible, which is very expensive especially on a laboratory scale.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Aufreinigungseinheit zum Aufreinigen zumindest einer Substanz aus einer Probenflüssigkeit, eine Aufreinigungsvorrichtung, ein Verfahren zum Betreiben einer Aufreinigungseinheit, ein Verfahren zum Herstellen einer Aufreinigungseinheit, weiterhin eine Vorrichtung, die diese Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, with the approach presented here, a purification unit for purifying at least one substance from a sample liquid, a purification apparatus, a method for operating a purification unit, a method for producing a purification unit, furthermore a device that uses these methods, and finally a corresponding Computer program presented according to the main claims. Advantageous embodiments emerge from the respective subclaims and the following description.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft eine Aufreinigungseinheit zum Aufreinigen zumindest einer Substanz aus einer Probenflüssigkeit, wobei die Aufreinigungseinheit folgende Merkmale aufweist:
eine Probenkammer zum Aufnehmen der Probenflüssigkeit;
eine Reagenzkammer zum Aufnehmen eines Reagenzes;
eine über einen Reagenzkanal mit der Reagenzkammer und über einen Probenkanal mit der Probenkammer verbundene oder verbindbare Filtereinrichtung zum Ausfiltern der Substanz aus der Probenflüssigkeit unter Verwendung des Reagenzes;
eine Halteeinrichtung zum Anordnen und/oder Halten eines auswechselbaren Auffangbehälters an einem Ablauf der Filtereinrichtung, um die Substanz aufzufangen; und
eine Schnittstelle zu einem Drucksteuergerät zum Steuern eines Flüssigkeitstransports innerhalb der Aufreinigungseinheit durch Beaufschlagen der Schnittstelle mit einem pneumatischen Druck.The approach presented here creates a purification unit for purifying at least one substance from a sample liquid, the purification unit having the following features:
a sample chamber for receiving the sample liquid;
a reagent chamber for receiving a reagent;
a filter means connected to the reagent chamber via a reagent channel and to the sample chamber via a sample channel for filtering the substance from the sample liquid using the reagent;
a holding device for arranging and / or holding a replaceable collecting container at a drain of the filter device in order to collect the substance; and
an interface to a pressure controller for controlling liquid transport within the purification unit by pressurizing the interface with a pneumatic pressure.
Die Aufreinigungseinheit kann beispielsweise als ein Lageverbund aus mehreren Kunststofflagen, insbesondere aus Polymersubstraten und flexiblen Polymermembranen, realisiert sein. Eine aufzureinigende Substanz kann eine biochemische Substanz wie etwa Nukleinsäuren, insbesondere DNA, RNA, oder Proteine sein. Diese können aus einer Matrix entweder auf dem Chip oder außerhalb der Vorrichtung, die in diesem Patent vorgestellt wird, lysiert und/oder extrahiert werden, beispielsweise Zellmaterial (Blut, Zellkultur, Lebensmittel, Gewebe, Speichel, Körperflüssigkeiten, Pflanzen, etc.). Die Lyse kann entweder mit Reagenzien durch eine chemische Reaktion, und/oder thermisch und/oder elektrisch und/oder mittels Ultraschall stattfinden. Unter einem Reagenz kann ein Stoff verstanden werden, der in Verbindung mit der Probenflüssigkeit eine chemische Reaktion bewirkt. Beispielsweise kann das Reagenz ein Elutions-, Wasch-, Binde- oder/und Lysepuffer sein. Unter einer Filtereinrichtung kann etwa eine Einrichtung zum Erzeugen eines Gemischs aus der Probenflüssigkeit und des Reagenzes sowie zum Extrahieren der Substanz aus dem Gemisch verstanden werden. Unter einem Auffangbehälter kann ein Mikroreaktionsgefäß, insbesondere ein Probenauffanggefäß (z.B. PCR-Röhrchen bzw. „Eppi“), verstanden werden. Der Auffangbehälter kann beispielsweise manuell in die Halteeinrichtung einlegbar, insbesondere einklickbar, sein. Unter einer Schnittstelle kann ein Druckanschluss zum Anschließen des Drucksteuergeräts an die Aufreinigungseinheit verstanden werden. Beispielsweise kann die Schnittstelle ausgeformt sein, um bereits beim Einlegen der Aufreinigungseinheit in das Drucksteuergerät mit einem Druckanschluss des Drucksteuergeräts pneumatisch gekoppelt zu werden. Unter einem pneumatischen Druck kann ein Über- oder Unterdruck, d. h. ein positiver oder negativer Relativdruck gegenüber einem Atmosphärendruck, oder der Atmosphärendruck verstanden werden. Das Drucksteuergerät kann ausgebildet sein, um den pneumatischen Druck zu erzeugen und diesen über die Schnittstelle an die Aufreinigungseinheit weiterzugeben. Hierbei können unterschiedliche Ventile als auch Pumpkammern pneumatisch über eine separate Pneumatik-Lage und einer flexiblen Membran angesteuert werden. Dies erfolgt dann beispielsweise in der Form, dass durch eine Beaufschlagung dieser Pneumatik-Lage des Lagenverbunds ein Niederdrücken dieser Lage in den Bereich der entsprechenden (beispielsweise Reagenz- oder Proben-Kammer oder das (beispielsweise Reagenz- oder Proben-)Ventil erfolgt, sodass das Volumen in der Kammer verkleinert wird (und hierdurch das in der Kammer befindliche Fluid ausgefördert wird) oder dass der Durchgangsquerschnitt in einem Kanal unter der Pneumatik-Lage im Bereich des betreffenden Ventils nach dem Beaufschlagen der Pneumatik-Lage mit der Druckluft verkleinert wird und hierdurch dieser Kanal als Ventil versperrt wird. The purification unit can be realized, for example, as a composite of a plurality of plastic layers, in particular of polymer substrates and flexible polymer membranes. A substance to be purified may be a biochemical substance such as nucleic acids, in particular DNA, RNA, or proteins. These may be lysed and / or extracted from a matrix either on-chip or off-site, presented in this patent, for example cellular material (blood, cell culture, food, tissues, saliva, body fluids, plants, etc.). The lysis can take place either with reagents by a chemical reaction, and / or thermally and / or electrically and / or by means of ultrasound. A reagent can be understood as meaning a substance which, in conjunction with the sample fluid, causes a chemical reaction. For example, the reagent may be an elution, wash, bind or / and lysis buffer. By a filter device can be understood as a device for generating a mixture of the sample liquid and the reagent and for extracting the substance from the mixture. A collecting vessel can be understood as meaning a microreaction vessel, in particular a sample collecting vessel (eg PCR tubes or "Eppi"). The collecting container can for example be manually inserted into the holding device, in particular einklickbar be. An interface can be understood as meaning a pressure connection for connecting the pressure control device to the purification unit. For example, the interface may be formed to be pneumatically coupled to a pressure port of the pressure control device already when inserting the Aufreinigungseinheit in the pressure control device. A pneumatic pressure can be understood as an overpressure or underpressure, ie a positive or negative relative pressure to an atmospheric pressure, or the atmospheric pressure. The pressure control device can be designed to generate the pneumatic pressure and to pass this over the interface to the Aufreinigungseinheit. Here, different valves and pumping chambers can be controlled pneumatically via a separate pneumatic layer and a flexible membrane. This then takes place, for example, in the form that, by acting on this pneumatic layer of the layer composite, this layer is pressed into the region of the corresponding (for example reagent or sample chamber or the (for example reagent or sample) valve, so that the Volume in the chamber is reduced (and thereby the fluid in the chamber is discharged) or that the passage cross-section in a channel under the pneumatic layer in the region of the valve in question after applying the pneumatic Position is reduced with the compressed air and thus this channel is blocked as a valve.
Der hier vorgeschlagene Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass eine druckgesteuerte Lab-on-a-Chip-Kartusche zum Aufreinigen biochemischer Substanzen eine Halterung für ein auswechselbares Mikroreaktionsgefäß aufweisen kann. Vorteilhafterweise kann das in der Kartusche gehaltene Mikroreaktionsgefäß bereits während eines Aufreinigungsprozesses mit den aufgereinigten Substanzen befüllt werden. So können die Substanzen durch einfaches Entnehmen des Mikroreaktionsgefäßes nach Beendigung des Aufreinigungsprozesses direkt weiterverarbeitet werden. Ein manuelles Umfüllen kann somit entfallen. Dadurch können Kontaminationen der aufgereinigten Substanzen vermieden werden. Auch der Anwender wird durch das komplett geschlossene und automatisierte System vor gefährlichen Stoffen geschützt.The approach proposed here is based on the finding that a pressure-controlled lab-on-a-chip cartridge for purifying biochemical substances can have a holder for an exchangeable microreaction vessel. Advantageously, the microreaction vessel held in the cartridge can already be filled with the purified substances during a purification process. Thus, the substances can be processed directly by simply removing the microreaction vessel after completion of the purification process. A manual transfer can thus be omitted. As a result, contamination of the purified substances can be avoided. Even the user is protected from hazardous substances by the completely closed and automated system.
Ein Lab-on-a-Chip-System besteht typischerweise aus zwei Hauptkomponenten: zum einen aus einem Testträger oder einer Einwegkartusche mit Strukturen und Mechanismen zur Umsetzung fluidischer Grundoperationen wie etwa Mischer, die aus passiven Komponenten wie Kanälen, Reaktionskammern, vorgelagerten Reagenzien oder auch aktiven Komponenten wie Ventilen oder Pumpen bestehen können; zum anderen aus Aktuations-, Detektions- und Steuereinheiten. Ein solches System ermöglicht es beispielsweise, biochemische Prozesse vollautomatisch durchzuführen.A lab-on-a-chip system typically consists of two main components: a test carrier or a disposable cartridge having structures and mechanisms for performing basic fluidic operations such as mixers consisting of passive components such as channels, reaction chambers, upstream reagents, or active ones Components such as valves or pumps may exist; on the other hand from actuation, detection and control units. Such a system makes it possible, for example, to perform biochemical processes fully automatically.
Auch sind druckgesteuerte Systeme bekannt, die eine Kanalstruktur mit Ventilen und Pumpen zum Flüssigkeitstransport aufweisen. Solche Funktionselemente können beispielsweise mithilfe zweier Polymersubstrate, die durch eine flexible Polymermembran getrennt sind, realisiert sein. Beispielsweise kann die Polymermembran durch pneumatische Drücke ausgelenkt werden, um Flüssigkeiten innerhalb des Systems zu verschieben oder einen Kanal zu verschließen. Dazu können sowohl positive als auch negative Relativdrücke in einer externen Ansteuerungseinheit erzeugt werden und an das System weitergegeben werden. Ein zugehöriges Ansteuergerät kann beispielsweise Unterdruck, Überdruck und Atmosphäre an eine pneumatische Schnittstelle zur Verfügung stellen. Ein solches Ansteuerungsgerät bietet den Vorteil eines geringen Platzbedarfs.Also, pressure-controlled systems are known which have a channel structure with valves and pumps for liquid transport. Such functional elements can be realized, for example, by means of two polymer substrates which are separated by a flexible polymer membrane. For example, the polymer membrane may be deflected by pneumatic pressures to displace fluids within the system or to occlude a channel. For this purpose, both positive and negative relative pressures can be generated in an external drive unit and forwarded to the system. An associated control device can provide, for example, negative pressure, overpressure and atmosphere to a pneumatic interface. Such a drive device offers the advantage of a small footprint.
Ferner lassen sich in einer druckgesteuerten Kartusche zusätzliche Funktionen, etwa ein beheizter Aufreinigungsfilter oder verschiedene Kammern, mit verhältnismäßig geringem Fertigungsaufwand realisieren. Beispielsweise können erforderliche Volumina im Inneren der Kartusche über eine Dicke der Kartusche ohne schwerwiegende Designänderungen variiert werden. Auch komplexe biochemische Funktionen wie Polymerasekettenreaktion (PCR) und Detektionsverfahren, z. B. eine optische Auslesung nach einer Hybridisierungsreaktion, nach einer Polymerasekettenreaktion oder nach Enzym- oder Immunassays, lassen sich relativ einfach und kostengünstig in die Kartusche integrieren.Furthermore, in a pressure-controlled cartridge additional functions, such as a heated purification filter or different chambers, can be realized with relatively little manufacturing effort. For example, required volumes inside the cartridge can be varied across a thickness of the cartridge without major design changes. Also complex biochemical functions such as polymerase chain reaction (PCR) and detection methods, eg. As an optical readout after a hybridization reaction, after a polymerase chain reaction or after enzyme or immunoassays, can be relatively easily and inexpensively integrated into the cartridge.
Eine Aufreinigungseinheit gemäß den Merkmalen des hier beschriebenen Ansatzes hat also den Vorteil, dass die Aufreinigung voll automatisiert durchgeführt werden kann, wodurch die Bearbeitungszeit bei der Aufreinigung im Vergleich zu manuellen Prozessabläufen deutlich reduziert werden kann. Durch die Verwendung auswechselbarer Auffangbehälter, insbesondere von Eppis, können zudem Handlingfehler vermieden werden. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass die Aufreinigungseinheit mithilfe eines einfachen und kostengünstigen Ansteuergeräts betrieben werden kann. Je nach Ausführungsform lässt sich das Ansteuergerät nicht nur für die DNA-Aufreinigung, sondern beispielsweise auch für die Durchführung einer vollen diagnostischen Prozesskette mit Amplifikation etc. verwenden.A purification unit according to the features of the approach described here thus has the advantage that the purification can be carried out fully automatically, as a result of which the processing time during the purification can be significantly reduced in comparison with manual process sequences. Due to the use of interchangeable collecting containers, especially Eppis, handling errors can be avoided. Another advantage arises from the fact that the purification unit can be operated by means of a simple and inexpensive control device. Depending on the embodiment, the control unit can be used not only for DNA purification, but also, for example, for carrying out a full diagnostic process chain with amplification etc.
Gemäß einer weiter unten beschriebenen Ausführungsform kann die Aufreinigungseinheit beispielsweise auch zur parallelen Aufreinigung von Nukleinsäuren, insbesondere von DNA, eingesetzt werden.According to an embodiment described below, the purification unit can also be used, for example, for the parallel purification of nucleic acids, in particular of DNA.
Die Aufreinigungseinheit kann mit zumindest einer Probenpumpkammer vorgesehen sein, die mit dem Probenkanal verbunden oder verbindbar und über die Schnittstelle mit einem pneumatischen Druck beaufschlagbar sein kann, um die Probenflüssigkeit durch den Probenkanal zu pumpen. Zusätzlich oder alternativ kann der Probenkanal zumindest eine Verschlusseinheit zum Verschließen des Probenkanals, etwa eine Siphonstruktur oder ein Normallyclosed-Ventil, aufweisen. Eine solche Probenpumpkammer ist einfach zu realisieren und ermöglicht eine genaue Dosierung der Probenflüssigkeit.The purification unit can be provided with at least one sample pumping chamber, which can be connected to the sample channel or can be connected and acted upon by the interface with a pneumatic pressure in order to pump the sample liquid through the sample channel. Additionally or alternatively, the sample channel may have at least one closure unit for closing the sample channel, for example a siphon structure or a normally closed valve. Such a sample pumping chamber is easy to implement and allows accurate metering of the sample liquid.
Es ist ferner vorteilhaft, wenn die Filtereinrichtung zumindest eine Mischkammer zum Mischen der Probenflüssigkeit und des Reagenzes und einen Filter zum Ausfiltern der Substanz aufweist. Die Mischkammer kann über den Reagenzkanal mit der Reagenzkammer und über den Probenkanal mit der Probenkammer verbunden oder verbindbar sein. Der Filter kann über einen Ablaufkanal mit der Mischkammer und dem Ablauf verbunden oder verbindbar sein. Insbesondere kann der Ablaufkanal zumindest ein zwischen dem Filter und dem Ablauf angeordnetes Ablaufventil aufweisen. Eine solche Filtereinrichtung bietet den Vorteil eines einfachen und kostengünstigen Aufbaus und einer zuverlässigen Funktion. It is also advantageous if the filter device has at least one mixing chamber for mixing the sample liquid and the reagent and a filter for filtering out the substance. The mixing chamber can be connected to the reagent chamber via the reagent channel and to the sample chamber or connected via the sample channel. The filter may be connected or connectable via a drainage channel to the mixing chamber and the drain. In particular, the drainage channel can have at least one drainage valve arranged between the filter and the drain. Such a filter device offers the advantage of a simple and inexpensive construction and a reliable function.
Besonders günstig ist es, wenn die Probenpumpkammer über einen Steuerkanal mit einem zwischen der Mischkammer und dem Filter befindlichen Abschnitt des Ablaufkanals verbunden oder verbindbar ist. Insbesondere kann der Steuerkanal zumindest ein erstes Steuerventil aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann der Probenkanal zumindest ein zwischen der Mischkammer und der Probenpumpkammer angeordnetes zweites Steuerventil zum Steuern eines Mischkreislaufs aufweisen. Unter einem Mischkreislauf kann beispielsweise ein Rundpumpen der Probenflüssigkeit und des Reagenzes durch die Mischkammer, den Steuerkanal und den Probenkanal verstanden werden. Dadurch können die Probenflüssigkeit und das Reagenz gründlich miteinander vermischt werden.It is particularly favorable when the sample pumping chamber has a control channel with a connected or connectable between the mixing chamber and the filter located portion of the drain channel. In particular, the control channel may have at least one first control valve. Additionally or alternatively, the sample channel may have at least one second control valve arranged between the mixing chamber and the sample pumping chamber for controlling a mixing circuit. By a mixing circuit can be understood, for example, a round pumping of the sample liquid and the reagent through the mixing chamber, the control channel and the sample channel. This allows the sample fluid and the reagent to be mixed thoroughly.
Des Weiteren kann die Aufreinigungseinheit zumindest einen Abfallbehälter aufweisen, der über einen Abfallkanal mit einem zwischen dem Filter und dem Ablauf befindlichen Abschnitt des Ablaufkanals verbunden oder verbindbar sein kann. Insbesondere kann der Abfallkanal zumindest ein Abfallventil aufweisen und, zusätzlich oder alternativ, zwischen dem Filter und dem Ablaufventil in den Ablaufkanal münden. Durch einen derart mit der Filtereinrichtung gekoppelten Abfallbehälter kann verhindert werden, dass der unter dem Ablauf platzierte Auffangbehälter mit Abfallprodukten verunreinigt wird.Furthermore, the purification unit can have at least one waste container which can be connected or connectable via a waste channel to a section of the discharge channel located between the filter and the discharge. In particular, the waste channel may have at least one waste valve and, additionally or alternatively, open into the discharge channel between the filter and the discharge valve. By means of such a waste container coupled to the filter device, it is possible to prevent the collecting container placed below the drain from being contaminated with waste products.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Aufreinigungseinheit zumindest eine Reagenzpumpkammer auf, die mit dem Reagenzkanal verbunden oder verbindbar und über die Schnittstelle mit einem pneumatischen Druck beaufschlagbar sein kann, um das Reagenz durch den Reagenzkanal zu pumpen. Insbesondere kann der Reagenzkanal zumindest ein zwischen der Reagenzkammer und der Reagenzpumpkammer angeordnetes Reagenzkammerventil und, zusätzlich oder alternativ, ein zwischen der Mischkammer und der Reagenzpumpkammer angeordnetes Mischkammerventil aufweisen. Diese Ausführungsform ermöglicht eine genaue Dosierung des Reagenzes beim Transport in die Filtereinrichtung.According to a further embodiment, the purification unit has at least one reagent pumping chamber which can be connected to the reagent channel or can be connected and acted upon by the interface with a pneumatic pressure in order to pump the reagent through the reagent channel. In particular, the reagent channel can have at least one reagent chamber valve arranged between the reagent chamber and the reagent pump chamber and, additionally or alternatively, a mixing chamber valve arranged between the mixing chamber and the reagent pump chamber. This embodiment allows accurate metering of the reagent during transport into the filter device.
Die Aufreinigungseinheit kann zumindest eine weitere Reagenzkammer zum Aufnehmen eines weiteren Reagenzes aufweisen. Die Filtereinrichtung kann über den Reagenzkanal mit der weiteren Reagenzkammer verbunden oder verbindbar sein, um die Substanz unter Verwendung des weiteren Reagenzes aus der Probenflüssigkeit auszufiltern. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass je nach Art der aus der Probenflüssigkeit zu extrahierenden Substanz nacheinander unterschiedliche Reagenzien in die Filtereinrichtung eingeleitet werden können, um die Aufreinigung durchzuführen.The purification unit may have at least one further reagent chamber for receiving a further reagent. The filter device can be connected via the reagent channel with the other reagent chamber or connectable to filter out the substance using the further reagent from the sample liquid. This embodiment has the advantage that, depending on the nature of the substance to be extracted from the sample liquid, different reagents can be introduced successively into the filter device in order to carry out the purification.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, in der die Aufreinigungseinheit zumindest eine weitere Probenkammer zum Aufnehmen einer weiteren Probenflüssigkeit, eine über den Reagenzkanal mit der Reagenzkammer und über einen weiteren Probenkanal mit der weiteren Probenkammer verbundene oder verbindbare weitere Filtereinrichtung zum Ausfiltern zumindest einer Substanz aus der weiteren Probenflüssigkeit unter Verwendung des Reagenzes und eine weitere Halteeinrichtung zum Anordnen und/oder Halten eines auswechselbaren weiteren Auffangbehälters unter einem Ablauf der weiteren Filtereinrichtung aufweist. Diese Ausführungsform ermöglicht eine parallelisierte Aufreinigung von Substanzen aus unterschiedlichen Probenflüssigkeiten. Particularly advantageous is an embodiment in which the purification unit comprises at least one further sample chamber for receiving a further sample liquid, one connected via the reagent channel with the reagent chamber and a further sample channel with the other sample chamber or connectable further filter means for filtering at least one substance from the further sample liquid using the reagent and a further holding device for arranging and / or holding a replaceable further collecting container under a drain of the further filter device. This embodiment enables a parallelized purification of substances from different sample liquids.
Hierbei kann die weitere Filtereinrichtung über den Reagenzkanal mit der weiteren Reagenzkammer verbunden oder verbindbar sein kann, um die Substanz unter Verwendung des weiteren Reagenzes aus der weiteren Probenflüssigkeit auszufiltern. Dadurch können parallele Aufreinigungen mit mehreren Teilreaktionen ohne manuelle Zwischenschritte durchgeführt werden.In this case, the further filter device can be connected to the further reagent chamber via the reagent channel or can be connectable in order to filter out the substance from the further sample liquid using the further reagent. As a result, parallel purifications with several partial reactions can be carried out without manual intermediate steps.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft zudem eine Aufreinigungsvorrichtung mit folgenden Merkmalen:
zumindest einer Aufreinigungseinheit gemäß einer der hier beschriebenen Ausführungsformen; und
einem Drucksteuergerät, das mit der Schnittstelle der Aufreinigungseinheit verbunden ist, um einen Flüssigkeitstransport innerhalb der Aufreinigungseinheit durch Beaufschlagen der Schnittstelle mit einem pneumatischen Druck zu steuern.The approach presented here also creates a purification device with the following features:
at least one purification unit according to one of the embodiments described herein; and
a pressure controller connected to the interface of the purification unit to control liquid transport within the purification unit by pressurizing the interface with a pneumatic pressure.
Weiterhin schafft der hier beschriebene Ansatz ein Verfahren zum Betreiben einer Aufreinigungseinheit gemäß einer der hier beschriebenen Ausführungsformen, wobei das Verfahren den folgenden Schritt umfasst:
Beaufschlagen der Schnittstelle mit einem pneumatischen Druck mittels des Drucksteuergeräts, um die Substanz aus der Probenflüssigkeit unter Verwendung des Reagenzes auszufiltern, wobei die Substanz von dem Auffangbehälter aufgefangen wird.Furthermore, the approach described here provides a method for operating a purification unit according to one of the embodiments described herein, the method comprising the following step:
Pressurizing the interface with a pneumatic pressure by means of the pressure control device to filter out the substance from the sample liquid using the reagent, wherein the substance is collected by the collecting container.
Beispielsweise kann die Schnittstelle im Schritt des Beaufschlagens nacheinander mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagt werden, um einen Flüssigkeitstransport in unterschiedliche Fließrichtungen innerhalb der Aufreinigungsvorrichtung zu bewirken.For example, the interface can be subjected to different pressures in succession in the step of charging in order to effect liquid transport in different directions of flow within the purification device.
Bevor die Substanz aus der Filtereinrichtung ausgeleitet wird, kann der Auffangbehälter manuell in der Halteeinrichtung platziert und befestigt werden. Alternativ kann die Aufreinigungseinheit mit dem Auffangbehälter vorbestückt sein. Nach dem Befüllen des Auffangbehälters kann der Auffangbehälter entnommen werden. Die darin befindliche Substanz kann beispielsweise in einem nachfolgenden Analyseverfahren, das örtlich getrennt von einem mittels der Aufreinigungseinheit durchgeführten Aufreinigungsverfahren durchgeführt werden kann, weiter untersucht werden.Before the substance is discharged from the filter device, the collecting container can be manually placed and fastened in the holding device. Alternatively, the purification unit may be preloaded with the collection container. After filling the collection container, the collection container can be removed. The substance contained therein, for example, in a subsequent Analysis method, which can be carried out locally separated from a purification carried out by means of the purification unit purification process, further investigated.
Schließlich schafft der hier vorgeschlagene Ansatz ein Verfahren zum Herstellen einer Aufreinigungseinheit zum Aufreinigen zumindest einer Substanz aus einer Probenflüssigkeit, wobei das Verfahren den folgenden Schritt umfasst:Finally, the approach proposed here provides a method for producing a purification unit for purifying at least one substance from a sample liquid, the method comprising the following step:
Bilden eines Lagenverbunds, insbesondere eines Polymerlagenverbunds, mit einer Probenkammer zum Aufnehmen der Probenflüssigkeit, einer Reagenzkammer zum Aufnehmen eines Reagenzes, einer über einen Reagenzkanal mit der Reagenzkammer und über einen Probenkanal mit der Probenkammer verbundenen oder verbindbaren Filtereinrichtung zum Ausfiltern der Substanz aus der Probenflüssigkeit unter Verwendung des Reagenzes, einer Halteeinrichtung zum Anordnen und/oder Halten eines auswechselbaren Auffangbehälters unter einem Ablauf der Filtereinrichtung, um die Substanz aufzufangen, und einer Schnittstelle zu einem Drucksteuergerät zum Steuern eines Flüssigkeitstransports innerhalb der Aufreinigungseinheit durch Beaufschlagen der Schnittstelle mit einem pneumatischen Druck.Forming a layer composite, in particular a polymer layer composite, with a sample chamber for receiving the sample liquid, a reagent chamber for receiving a reagent, a reagent via a reagent channel to the reagent chamber and a sample channel connected to the sample chamber or connectable filter device for filtering the substance from the sample liquid using the reagent, a holding device for arranging and / or holding a replaceable collecting container under a drain of the filter device to catch the substance, and an interface to a pressure control device for controlling a liquid transport within the Aufreinigungseinheit by pressurizing the interface with a pneumatic pressure.
Durch ein solches Verfahren kann die Aufreinigungseinheit besonders kostengünstig hergestellt werden.By such a method, the purification unit can be produced particularly inexpensively.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden. The approach presented here also creates a device that is designed to perform the steps of a variant of a method presented here in appropriate facilities to drive or implement. Also by this embodiment of the invention in the form of a device, the object underlying the invention can be solved quickly and efficiently.
Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.In the present case, a device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon. The device may have an interface, which may be formed in hardware and / or software. In the case of a hardware-based embodiment, the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains a wide variety of functions of the device. However, it is also possible that the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In a software training, the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.Also of advantage is a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above is used, especially when the program product or program is executed on a computer or a device.
Der hier vorgestellte Ansatz wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The approach presented here will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Show it:
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of favorable embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similar acting, with a repeated description of these elements is omitted.
Die Aufreinigungseinheit
Die Schnittstelle
Der Probenkanal
Gemäß dem in
Unterhalb des Auffangbehälters
Zusätzlich zur Reagenzkammer
Die weiteren Reagenzkammern sind über den Reagenzkanal
Gemäß
Unterhalb eines Ablaufs
Wie in
In
Gemäß einem Ausführungsbeispiel dient die in
Je nach Ausführungsform kann die Aufreinigungseinheit
Die vier verschiedenen Proben können in flüssiger Form in die vier Probenkammern
Des Weiteren umfasst die Aufreinigungseinheit
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Drucksteuergerät
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren
In einem ersten Schritt wird eine flüssige Probe in die Probenkammer eingegeben, wobei die zur Aufreinigung erforderlichen Reagenzien in den entsprechenden Reagenzkammern der Aufreinigungseinheit vorgelagert sein können. Die Aufreinigungseinheit wird hierauf verschlossen und in ein entsprechendes Ansteuergerät, etwa ein weiter oben beschriebenes Drucksteuergerät, eingelegt.In a first step, a liquid sample is introduced into the sample chamber, wherein the reagents required for the purification may be upstream in the corresponding reagent chambers of the purification unit. The purification unit is then closed and placed in a corresponding control device, such as a pressure control device described above.
In einem zweiten Schritt werden die Reagenzienbehälter, auch Reagenzkammern genannt, geöffnet.In a second step, the reagent containers, also called reagent chambers, are opened.
In einem dritten Schritt wird ein Bindepuffer zur Mischkammer transportiert. Eine Menge des Bindepuffers kann so eingestellt werden, dass geeignete Bindebedingungen zur Anbindung von DNA auf dem Silikafilter herrschen.In a third step, a binding buffer is transported to the mixing chamber. An amount of the binding buffer can be adjusted to provide suitable binding conditions for attaching DNA to the silica filter.
In einem vierten Schritt wird die Probe aus der Probenkammer in die Mischkammer transportiert.In a fourth step, the sample is transported from the sample chamber into the mixing chamber.
In einem fünften Schritt wird die Gesamtmenge aus Probe und Bindepuffer durch Rundpumpen in einem Mischloop gemischt.In a fifth step, the total amount of sample and binding buffer is mixed by circular pumping in a mixing loop.
In einem sechsten Schritt wird der Inhalt der Mischkammer über den Silikafilter transportiert. Zwischen einzelnen Pumphüben kann eine Verweilzeit eingefügt werden. Die Verweilzeit kann einer zur Bindung der DNA am Silikafilter erforderlichen Bindezeit entsprechen. Die DNA wird dabei auf dem integrierten Filter gebunden. In a sixth step, the contents of the mixing chamber are transported via the silica filter. A dwell time can be inserted between individual pumping strokes. The residence time may correspond to a binding time required for binding the DNA to the silica filter. The DNA is bound on the integrated filter.
In einem siebten Schritt wird ein erster Waschpuffer über den Silikafilter transportiert. Dadurch wird die DNA von Verunreinigungen wie beispielsweise Proteinen befreit. Währenddessen bleibt die DNA auf dem integrierten Filter gebunden. Eine durch den Filter geleitete Flüssigkeit wird in einer Abfallkammer, weiter oben auch Abfallbehälter genannt, aufgefangen.In a seventh step, a first wash buffer is transported over the silica filter. This frees the DNA from contaminants such as proteins. Meanwhile, the DNA remains bound to the integrated filter. A liquid conducted through the filter is collected in a waste chamber, also called waste bin above.
In einem achten Schritt wird ein zweiter Waschpuffer über den Silikafilter transportiert. Es erfolgt ein weiterer Reinigungsschritt, in dem die DNA erneut von Verunreinigungen befreit wird, während sie auf dem Filter gebunden bleibt. Wiederum wird dabei eine durch den Filter geleitete Flüssigkeit in der Abfallkammer aufgefangen.In an eighth step, a second wash buffer is transported over the silica filter. A further purification step takes place in which the DNA is again freed of impurities while it remains bound to the filter. Again, a liquid conducted through the filter is collected in the waste chamber.
In einem neunten Schritt wird ein Elutionspuffer über den Silikafilter transportiert. Durch den Elutionspuffer wird die DNA vom Silikafilter abgelöst und in Eppis, die in die Aufreinigungseinheit eingeklickt sind, aufgefangen.In a ninth step, an elution buffer is transported over the silica filter. The elution buffer removes the DNA from the silica filter and collects it in Eppis, which are clicked into the purification unit.
In einem zehnten Schritt werden die Eppis mit der aufgereinigten Probe entnommen.In a tenth step, the Eppis are removed with the purified sample.
Die Schritte drei bis neun können Teilschritte des Schritts
Optional kann in jeden Aufreinigungsstrang eine weitere Pumpkammer eingefügt werden, um ein mehrfaches Eluieren über die Filter durch Hin- und Herpumpen zu ermöglichen.Optionally, a further pumping chamber may be inserted in each purification strand to allow multiple elution through the filters by reciprocating.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel können die Filter und die Mischkammern während des Aufreinigungsprozesses beheizt werden, um die Aufreinigungseffizienz zu erhöhen.According to another embodiment, the filters and the mixing chambers may be heated during the purification process to increase the purification efficiency.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. The embodiments described and shown in the figures are chosen only by way of example. Different embodiments may be combined together or in relation to individual features. Also, an embodiment can be supplemented by features of another embodiment.
Ferner können die hier vorgestellten Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Furthermore, the method steps presented here can be repeated as well as executed in a sequence other than that described.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“- Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an exemplary embodiment comprises an "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.
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