DE102017204195A1 - Method and microfluidic device for processing viruses and bacteria of a sample - Google Patents

Method and microfluidic device for processing viruses and bacteria of a sample Download PDF

Info

Publication number
DE102017204195A1
DE102017204195A1 DE102017204195.1A DE102017204195A DE102017204195A1 DE 102017204195 A1 DE102017204195 A1 DE 102017204195A1 DE 102017204195 A DE102017204195 A DE 102017204195A DE 102017204195 A1 DE102017204195 A1 DE 102017204195A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
bacteria
viruses
retaining element
sample
chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102017204195.1A
Other languages
German (de)
Inventor
Jochen Hoffmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102017204195.1A priority Critical patent/DE102017204195A1/en
Priority to PCT/EP2018/056314 priority patent/WO2018167106A1/en
Publication of DE102017204195A1 publication Critical patent/DE102017204195A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/10Integrating sample preparation and analysis in single entity, e.g. lab-on-a-chip concept
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/06Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0681Filter
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/08Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0816Cards, e.g. flat sample carriers usually with flow in two horizontal directions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/18Means for temperature control
    • B01L2300/1805Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks
    • B01L2300/1822Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks using Peltier elements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/18Means for temperature control
    • B01L2300/1805Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks
    • B01L2300/1827Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks using resistive heater
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0433Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces vibrational forces
    • B01L2400/0439Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces vibrational forces ultrasonic vibrations, vibrating piezo elements

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (500) zur Prozessierung von Viren und Bakterien einer Probe mit einer mikrofluidischen Vorrichtung (100). In einem ersten Schritt (501) wird die Probe über ein Rückhalteelement (150) der Vorrichtung (100) gespült, wobei das Rückhalteelement (150) ausgebildet ist, Viren und Bakterien aus der Probe zu fixieren. In einem zweiten Schritt (502) erfolgt ein Spülen (502) eines ersten Fluids über das Rückhalteelement (150) zur Ablösung von durch das Rückhalteelement (150) fixierten Viren und Überführung des mit Viren angereicherten ersten Fluids in eine erste Kammer (110) für eine weitere Prozessierung (504) der Viren. In einem dritten Schritt (503) erfolgt ein Spülen (503) eines zweiten Fluids über das Rückhalteelement (150) zur Ablösung von durch das Rückhalteelement (150) fixierten Bakterien und Überführung des mit Bakterien angereicherten zweiten Fluids in eine zweite Kammer (120) für eine weitere Prozessierung (504) der Bakterien.The invention relates to a method (500) for processing viruses and bacteria of a sample with a microfluidic device (100). In a first step (501), the sample is rinsed via a retaining element (150) of the device (100), wherein the retaining element (150) is designed to fix viruses and bacteria from the sample. In a second step (502), flushing (502) of a first fluid via the retention member (150) to release viruses fixed by the retention member (150) and transfer of the virus-enriched first fluid into a first chamber (110) for one further processing (504) of the viruses. In a third step (503), flushing (503) of a second fluid via the retention member (150) to release bacteria fixed by the retention member (150) and transfer of the bacteria-enriched second fluid into a second chamber (120) for one further processing (504) of the bacteria.

Description

Stand der TechnikState of the art

Mikrofluidische Analysesysteme (sog. Lab-on-Chips, kurz LoCs) erlauben ein automatisiertes, zuverlässiges, kompaktes und kostengünstiges Prozessieren von biochemischen Substanzen für die medizinische Diagnostik, beispielsweise für den Nachweis von Krankheitserregern in biologischen Proben, beispielsweise in Körperflüssigkeiten.Microfluidic analysis systems (so-called lab-on-chips, LoCs for short) allow an automated, reliable, compact and cost-effective processing of biochemical substances for medical diagnostics, for example for the detection of pathogens in biological samples, for example in body fluids.

Bei vielen Krankheitsbildern wie beispielsweise Grippe, sexuell übertragbaren Infektionen oder Atemwegsinfektionen können die Verursacher viraler und/oder bakterieller Herkunft sein. Um ein ganzheitliches molekulares Bild der Erreger zu erhalten, ist es daher notwendig, sowohl virale als auch bakterielle Pathogene zu identifizieren. Aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus Kajiura, Lauren N. et al. „Simultaneous Extraction of Viral and Bacterial Nucleic Acids for Molecular Diagnostic Applications.“ Journal of Biomolecular Techniques: JBT 26.4 (2015): 118-124. PMC. Web. 24 Feb. 2017 , sind biochemische Nachweisprotokolle für den simultanen Nachweis beider Spezies bekannt. Die zugehörigen Ablaufprotokolle umfassen dabei einen Kompromiss zwischen harschen Lysebedingungen, insbesondere für den Aufschluss gram-positiver Bakterien, und dezenten Bedingungen, um Schädigungen, insbesondere Strangbrüche, an viralen Nukleinsäuren zu minimieren.In many diseases such as influenza, sexually transmitted infections or respiratory tract infections, the causative agents may be of viral and / or bacterial origin. In order to obtain a holistic molecular picture of the pathogens, it is therefore necessary to identify both viral and bacterial pathogens. From the prior art, for example Kajiura, Lauren N. et al. "Simultaneous Extraction of Viral and Bacterial Nucleic Acids for Molecular Diagnostic Applications." Journal of Biomolecular Techniques: JBT 26.4 (2015): 118-124. PMC. Web. 24 Feb 2017 , biochemical detection protocols are known for the simultaneous detection of both species. The associated sequence protocols comprise a compromise between harsh lysis conditions, in particular for the digestion of gram-positive bacteria, and subtle conditions in order to minimize damage, in particular strand breaks, to viral nucleic acids.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Vor diesem Hintergrund betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Prozessierung von Viren und Bakterien einer Probe mit einer mikrofluidischen Vorrichtung. In einem ersten Schritt wird die Probe über ein Rückhalteelement der Vorrichtung gespült, wobei das Rückhalteelement ausgebildet ist, Viren und Bakterien aus der Probe zu fixieren. In einem zweiten Schritt erfolgt ein Spülen eines ersten Fluids über das Rückhalteelement zur Ablösung von durch das Rückhalteelement fixierten Viren und Überführen des mit Viren angereicherten ersten Fluids in eine erste Kammer für eine weitere Prozessierung der Viren. In einem dritten Schritt erfolgt ein Spülen eines zweiten Fluids über das Rückhalteelement zur Ablösung von durch das Rückhalteelement fixierten Bakterien und Überführen des mit Bakterien angereicherten zweiten Fluids in eine zweite Kammer für eine weitere Prozessierung der Bakterien.Against this background, the invention relates to a method for processing viruses and bacteria of a sample with a microfluidic device. In a first step, the sample is rinsed via a retaining element of the device, wherein the retaining element is designed to fix viruses and bacteria from the sample. In a second step, a flushing of a first fluid via the retaining element for detachment of viruses fixed by the retaining element and transfer of the virus-enriched first fluid into a first chamber takes place for further processing of the viruses. In a third step, a second fluid is flushed via the retaining element to detach bacteria fixed by the retaining element and to transfer the bacteria-enriched second fluid into a second chamber for further processing of the bacteria.

Dabei kann der dritte Schritt vor oder nach dem zweiten Schritt erfolgen. Die Spülung des ersten Fluids und/oder des zweiten Fluids kann dabei grundsätzlich in der gleichen Richtung, somit in der gleichen Flussrichtung, oder in einer anderen Richtung wie die Richtung der Spülung der Probe über das Rückhaltelement erfolgen. Insbesondere kann die Spülung des zweiten Fluids in der entgegengesetzten Richtung zur Richtung der Spülung der Probe über das Rückhaltelement erfolgen.The third step can take place before or after the second step. The flushing of the first fluid and / or of the second fluid can in principle take place in the same direction, thus in the same flow direction, or in a different direction as the direction of the flushing of the sample via the retaining element. In particular, the purging of the second fluid may be in the opposite direction to the direction of purging the sample via the retention member.

Unter einem Fixieren von Viren oder Bakterien durch das Rückhalteelement kann insbesondere eine Aufnahme von Viren beziehungsweise Bakterien über eine Immobilisierung und/oder Bindung, beispielsweise eine chemische oder elektrostatische sowie form- oder kraftschlüssige Immobilisierung beziehungsweise Bindung mit einer Oberfläche des Rückhalteelements verstanden werden, beispielsweise eine Adsorption auf der Oberfläche. Ferner kann darunter eine Aufnahme in ein oder mehrere Hohlräume, beispielsweise in Form von Poren, des Rückhalteelements verstanden werden. Mit anderen Worten werden die Viren oder Bakterien bei der Spülung über das Rückhalteelement durch das Rückhalteelement zurückgehalten, insbesondere entgegen der Richtung der Spülung. Wie oben beschrieben, kann die Spülung des zweiten Fluids zum Lösen der auf dem Rückhalteelement fixierten Bakterien vorzugsweise entgegen der Richtung der Spülung der Probe über das Rückhalteelement erfolgen. Dies erleichtert eine Ablösung der fixierten Bakterien. Vorzugsweise werden zuvor im zweiten Schritt die Viren über eine Spülung mit dem ersten Fluid in der gleichen Richtung wie die Richtung der Spülung der Probe abgelöst. Die weitere Prozessierung der Viren oder Bakterien kann Teil eines Nachweisverfahrens der Viren beziehungsweise Bakterien sein, insbesondere unter Zuhilfenahme einer Polymerase-Kettenreaktion, welche beispielsweise in der dafür eingerichteten mikrofluidischen Vorrichtung durchgeführt wird.A fixation of viruses or bacteria by the retaining element can be understood in particular to include viruses or bacteria via immobilization and / or binding, for example chemical or electrostatic and positive or non-positive immobilization or bonding to a surface of the retaining element, for example adsorption on the surface. Furthermore, it can be understood as a receptacle in one or more cavities, for example in the form of pores, of the retaining element. In other words, the viruses or bacteria are retained during the flushing via the retaining element by the retaining element, in particular counter to the direction of the flushing. As described above, the flushing of the second fluid for releasing the bacteria fixed on the retaining element can preferably take place counter to the direction of the flushing of the sample via the retaining element. This facilitates detachment of the fixed bacteria. Preferably, in the second step, the viruses are previously removed by rinsing with the first fluid in the same direction as the direction of the rinsing of the sample. The further processing of the viruses or bacteria can be part of a detection method of the viruses or bacteria, in particular with the aid of a polymerase chain reaction, which is carried out, for example, in the microfluidic device set up for this purpose.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass Viren und Bakterien besonders effizient und auf besonderes einfache Art und Weise aus der Probe für eine weitere, separate Prozessierung isoliert werden können. Bei den Viren und Bakterien kann es sich insbesondere um Krankheitserreger von beispielsweise Grippe, sexuell übertragbare Infektionen oder Atemwegsinfektionen handeln. Insbesondere ist durch die Erfindung vorteilhafterweise kein Kompromiss zwischen harschen Lysebedingungen für Bakterien und dezenten Bedingungen für die Weiterbearbeitung der Viren erforderlich, da aufgrund der vorteilhaften Isolierung eine separate Weiterprozessierung der Bakterien und der Viren aus der Probe möglich ist. Somit muss vorteilhafterweise keine Einbuße der Ausbeute an prozessierbaren Viren oder Bakterien aufgrund des beschriebenen Kompromisses hingenommen werden.The method according to the invention has the advantage that viruses and bacteria can be isolated particularly efficiently and in a particularly simple manner from the sample for further, separate processing. The viruses and bacteria may in particular be pathogens of, for example, influenza, sexually transmitted infections or respiratory tract infections. In particular, no compromise between harsh lysis conditions for bacteria and discreet conditions for the further processing of viruses is advantageously required by the invention, since due to the advantageous isolation, a separate further processing of bacteria and viruses from the sample is possible. Thus, advantageously no loss of the yield of processable viruses or bacteria due to the compromise described must be accepted.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die weitere Prozessierung der Viren eine Lyse der Viren oder eine Denaturierung von Proteinhüllen der Viren. Ferner kann die Prozessierung eine Durchführung einer Polymerase-Kettenreaktion (PCR) von RNA oder DNA, gegebenenfalls nach Einsatz einer reversen Transkriptase zur Umschreibung viraler RNA in DNA, der Viren umfassen. Diese Prozessierung kann bevorzugt in der ersten Kammer stattfinden, wobei in der ersten Kammer vorzugsweise für die weitere Prozessierung erforderliche Substanzen vorgelagert sind, beispielsweise in gefriergetrockneter Form als Lyophilisat. Dies hat den Vorteil, dass die weitere Prozessierung der Viren unmittelbar nach der Isolierung aus der Probe stattfinden kann, ohne dass die Viren zunächst weitertransportiert werden müssen. Die vorgelagerten Substanzen können insbesondere Substanzen zur Lyse der Viren oder Denaturierung von Proteinen der Viren sowie Substanzen für die Durchführung einer (Reverse Transkriptase-)Polymerase-Kettenreaktion der Viren umfassen, also insbesondere auf die Weiterprozessierung von Viren abgestimmte Substanzen. Ferner können die Substanzen Enzyme, Primer und Sonden für einen Nachweis genetischer Merkmale der Viren umfassen.In a particularly advantageous embodiment of the invention further processing of the viruses comprises lysis of the viruses or a Denaturation of protein envelopes of viruses. Further, the processing may include performing a polymerase chain reaction (PCR) of RNA or DNA, optionally after employing a reverse transcriptase to transcribe viral RNA into DNA of the virus. This processing may preferably take place in the first chamber, wherein in the first chamber, substances required for further processing are preferably arranged upstream, for example in freeze-dried form as lyophilisate. This has the advantage that the further processing of the viruses can take place immediately after isolation from the sample, without the viruses having to be transported further first. The upstream substances may in particular comprise substances for lysis of the viruses or denaturation of proteins of the viruses as well as substances for carrying out a (reverse transcriptase) polymerase chain reaction of the viruses, ie in particular substances adapted to the further processing of viruses. Furthermore, the substances may include enzymes, primers and probes for detecting genetic features of the viruses.

Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Weiterbildung umfasst die weitere Prozessierung der Bakterien eine Durchführung einer Polymerase-Kettenreaktion von DNA der Bakterien, vorzugsweise in der zweiten Kammer der Vorrichtung, wobei in der zweiten Kammer für die weitere Prozessierung erforderliche Substanzen vorgelagert sind, beispielsweise in gefriergetrockneter Form als Lyophilisat. Dies hat den Vorteil, dass die weitere Prozessierung der Bakterien unmittelbar nach der Isolierung aus der Probe stattfinden kann, ohne dass die Bakterien zunächst weitertransportiert werden müssen. Die vorgelagerten Substanzen können insbesondere Substanzen für die Durchführung der Polymerase-Kettenreaktion der Bakterien umfassen, also insbesondere auf die Weiterprozessierung von Bakterien abgestimmte Substanzen. Ferner können die Substanzen Enzyme für einen Nachweis genetischer Merkmale der Bakterien umfassen.According to a further particularly advantageous embodiment, the further processing of the bacteria comprises carrying out a polymerase chain reaction of DNA of the bacteria, preferably in the second chamber of the device, wherein in the second chamber required for further processing substances are upstream, for example in freeze-dried form as lyophilisate. This has the advantage that the further processing of the bacteria can take place immediately after isolation from the sample, without the bacteria first having to be transported further. The upstream substances may in particular comprise substances for carrying out the polymerase chain reaction of the bacteria, ie in particular substances adapted to the further processing of bacteria. Further, the substances may comprise enzymes for detecting genetic characteristics of the bacteria.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Probe vor der Spülung der Probe über das Rückhalteelement mit einem Bindepuffer zur Bindung der Viren an das Rückhalteelement vermischt werden. Dies erhöht vorteilhafterweise den Anteil der aus der Probe isolierten Viren.According to an advantageous embodiment of the invention, the sample can be mixed before the rinsing of the sample via the retaining element with a binding buffer for binding the virus to the retaining element. This advantageously increases the proportion of viruses isolated from the sample.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt vor dem Spülen mit dem zweiten Fluid ein Lysieren der auf dem Rückhalteelement gebundenen Bakterien. Dies hat den Vorteil, dass ein Teil der Weiterprozessierung der Bakterien bereits auf dem Rückhalteelement und somit das Verfahren insgesamt schneller und effizienter durchgeführt werden kann. In einer Ausgestaltung dieser Weiterbildung wird das Rückhalteelement für das Lysieren der Bakterien einem Lysepuffer ausgesetzt, insbesondere während einer vorgegebenen Zeitspanne. Der Lysepuffer kann dabei Substanzen für eine chemische Lyse der Bakterien wie beispielsweise chaotrope Salze und Proteinase K umfassen. Unterstützend oder alternativ kann das Rückhalteelement Ultraschall für das Lysieren der Bakterien ausgesetzt werden. Dabei kann das Rückhalteelement mit einem Wasser umfassenden Fluid umgeben, insbesondere geflutet, werden, um die durch die Lyse freigesetzte DNA in ein neutrales Medium ohne inhibierende Substanzen für eine nachfolgende Polymerase-Kettenreaktion aufnehmen zu können.According to a particularly advantageous development of the invention, before rinsing with the second fluid, lysis of the bacteria bound on the retaining element takes place. This has the advantage that part of the further processing of the bacteria already on the retaining element and thus the process can be performed faster and more efficient overall. In one embodiment of this development, the retention element for lysing the bacteria is exposed to a lysis buffer, in particular during a predetermined period of time. The lysis buffer may comprise substances for chemical lysis of the bacteria, such as, for example, chaotropic salts and proteinase K. Alternatively or alternatively, the retention member may be exposed to ultrasound for lysing the bacteria. In this case, the retaining element can be surrounded with a fluid comprising water, in particular flooded, in order to be able to take up the DNA liberated by the lysis in a neutral medium without inhibiting substances for a subsequent polymerase chain reaction.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst das Rückhalteelement einen Filter, wobei zumindest ein Teil der Oberfläche des Filters ein Material zur Fixierung, insbesondere Bindung von Nukleinsäuren und/oder vorgegebenen Proteinen umfasst. Beispielsweise kann es sich bei dem Filter um einen Silikafilter oder um eine Silikamembran handeln. Dies hat den Vorteil, dass die Komplexität der mikrofluidischen Vorrichtung gering ist, da der spezifische Rückhalt der beiden Spezies, Viren und Bakterien, durch zwei verschiedene Eigenschaften des Rückhalteelements erreicht wird, nämlich der Rückhalt von Bakterien über Größenausschluss und der Rückhalt von Viren über Affinitätsbindung. Somit kann mit einem Silikafilter eine komplexe Funktionalität der Vorrichtung bei minimalem Bauraum erzielt werden. Insbesondere bei einem Filter als Rückhalteelement kann die Spülung des zweiten Fluids vorzugsweise in der entgegengesetzten Richtung zur Richtung der Spülung der Probe über das Rückhaltelement erfolgen, insbesondere zur Ablösung der auf dem Filter fixierten Bakterien. Dies bewirkt eine vorteilhaft einfachere Ablösung.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the retaining element comprises a filter, wherein at least part of the surface of the filter comprises a material for fixing, in particular binding of nucleic acids and / or predetermined proteins. For example, the filter may be a silica filter or a silica membrane. This has the advantage that the complexity of the microfluidic device is low, since the specific retention of the two species, viruses and bacteria, is achieved by two different properties of the retention element, namely the retention of bacteria via size exclusion and the retention of viruses via affinity binding. Thus, with a silica filter, a complex functionality of the device can be achieved with minimal space. Particularly in the case of a filter as a retaining element, the flushing of the second fluid can preferably take place in the opposite direction to the direction of the flushing of the sample via the retaining element, in particular for the detachment of the bacteria fixed on the filter. This causes an advantageously easier detachment.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird vor der Spülung der Probe über das Rückhalteelement eine selektive Lyse von menschlichen Zellen in der Probe durchgeführt. Dies ist besonders vorteilhaft im Falle einer Probe, in welcher Viren in menschlichen Wirtszellen vorhanden sein können.In a particular embodiment of the invention, a selective lysis of human cells in the sample is carried out before the rinsing of the sample via the retaining element. This is particularly advantageous in the case of a sample in which viruses can be present in human host cells.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine mikrofluidische Vorrichtung zur Prozessierung von Viren und Bakterien einer Probe. Die Vorrichtung umfasst ein Rückhalteelement, wobei das Rückhaltelement zur Fixierung von Viren und Bakterien aus der Probe ausgebildet ist. Ferner umfasst die Vorrichtung eine erste Kammer zur Aufnahme von durch das Rückhalteelement fixierten Viren und eine zweite Kammer zur Aufnahme von durch das Rückhalteelement fixierten Bakterien, wobei die erste Kammer einen ersten Reaktionsmix zur weiteren Prozessierung der Viren und die zweite Kammer einen zweiten Reaktionsmix zur weiteren Prozessierung der Bakterien umfasst.The invention also provides a microfluidic device for processing viruses and bacteria of a sample. The device comprises a retaining element, wherein the retaining element is designed for fixing viruses and bacteria from the sample. Furthermore, the device comprises a first chamber for receiving viruses fixed by the retaining element and a second chamber for receiving bacteria fixed by the retaining element, the first chamber having a first reaction mix for further processing of the viruses and the second chamber a second reaction mix for further processing the bacteria includes.

Unter einem Reaktionsmix kann insbesondere ein Stoffgemisch mit Substanzen für die weitere Prozessierung der Viren beziehungsweise Bakterien verstanden werden, wie beispielsweise die oben genannten Substanzen für eine Polymerase-Kettenreaktion oder Enzyme für eine Nachweis genetischer Merkmale. A reaction mixture may, in particular, be understood as meaning a mixture of substances with substances for the further processing of the viruses or bacteria, for example the abovementioned substances for a polymerase chain reaction or enzymes for detecting genetic features.

Zu den Vorteilen der Vorrichtung und seiner untenstehenden Weiterbildungen wird auf die korrespondierenden obengenannten Vorteile des offenbarten erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.For the advantages of the device and its developments below, reference is made to the corresponding above-mentioned advantages of the disclosed method according to the invention.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung umfasst das Rückhalteelement einen Filter, wobei zumindest ein Teil der Oberfläche des Filters ein Material zur Fixierung, insbesondere Bindung von Nukleinsäuren und/oder vorgegebenen Proteinen umfasst.In a particularly advantageous embodiment of the device, the retaining element comprises a filter, wherein at least a part of the surface of the filter comprises a material for fixing, in particular binding of nucleic acids and / or predetermined proteins.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung ein erstes Ventil und ein zweites Ventil zur fluidischen Abtrennung der ersten Kammer beziehungsweise der zweiten Kammer vom Rückhalteelement. Dies hat den Vorteil, dass ein Zugang zu den beiden Kammern erst nach Fixierung der Bakterien und Viren an das Rückhalteelement ermöglicht und somit eine Verunreinigung der beiden Kammern insbesondere durch andere Bestandteile der Probe verhindert werden kann.According to an advantageous embodiment, the device comprises a first valve and a second valve for the fluidic separation of the first chamber and the second chamber from the retaining element. This has the advantage that access to the two chambers only after fixing the bacteria and viruses to the retaining element allows and thus contamination of the two chambers can be prevented in particular by other components of the sample.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine Ultraschallquelle oder eine Schnittstelle, insbesondere eine Membran, für eine Ultraschallquelle, wobei die Ultraschallquelle beziehungsweise die Schnittstelle neben dem Rückhalteelement angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass eine unmittelbare Einwirkung von Ultraschallenergie auf das Rückhalteelement für eine effektive Lyse von Zellen, insbesondere von Bakterien, ermöglicht wird.In a further advantageous development of the invention, the device comprises an ultrasound source or an interface, in particular a membrane, for an ultrasound source, the ultrasound source or the interface being arranged next to the retaining element. This has the advantage that an immediate effect of ultrasonic energy on the retaining element for effective lysis of cells, especially bacteria, is made possible.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Vorrichtung ein neben dem Rückhalteelement angeordnetes Heizelement, beispielsweise eine Widerstandsheizung oder ein Peltierelement. Dadurch kann vorteilhafterweise eine thermische Lyse der Bakterien auf dem Rückhalteelement durchgeführt werden.According to a further advantageous embodiment of the invention, the device comprises a heater disposed adjacent to the retaining element, for example, a resistance heater or a Peltier element. As a result, a thermal lysis of the bacteria on the retaining element can advantageously be carried out.

Figurenlistelist of figures

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are shown schematically in the drawings and explained in more detail in the following description.

Es zeigen

  • 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
  • 2 ein Flussdiagramm eines zugehörigen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Show it
  • 1 an embodiment of the device according to the invention and
  • 2 a flowchart of an associated embodiment of the method according to the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung 100. 2 zeigt ein Flussdiagramm 500 eines zugehörigen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens 500. 1 shows an embodiment of the microfluidic device 100 according to the invention. 2 shows a flowchart 500 an associated embodiment of the method according to the invention 500 ,

Die in 1 dargestellte mikrofluidische Vorrichtung 100 umfasst ein Rückhalteelement 150, wobei das Rückhaltelement 150 zur Fixierung von Viren und Bakterien aus einer Probe, beispielsweise einer Probe menschlicher Körperflüssigkeit wie Blut oder Sputum, ausgebildet ist. Beispielsweise umfasst das Rückhalteelement 150 einen Filter 151, wobei zumindest ein Teil der Oberfläche des Filters 151 ein Material zur Fixierung von Nukleinsäuren und/oder vorgegebenen Proteinen umfasst. Es kann sich dabei um einen Silikafilter handeln mit beispielhaften Porengrößen zwischen 0,025 und 10 Mikrometer, bevorzugt zwischen 0,1 und 1 Mikrometer.In the 1 illustrated microfluidic device 100 includes a retaining element 150, wherein the retaining element 150 for fixing viruses and bacteria from a sample, such as a sample of human body fluid such as blood or sputum is formed. For example, the retaining element comprises 150 a filter 151 , wherein at least a part of the surface of the filter 151 a material for fixing nucleic acids and / or predetermined proteins. It may be a silica filter with exemplary pore sizes between 0.025 and 10 microns, preferably between 0.1 and 1 microns.

Ferner umfasst die Vorrichtung 100 eine erste Kammer 110 zur Aufnahme von durch das Rückhalteelement 150 gebundenen Viren und eine zweite Kammer 120 zur Aufnahme von durch das Rückhalteelement 150 gebundenen Bakterien. Die beiden Kammern 110, 120 können über einen ersten Kanal 131 mit dem Rückhalteelement 150 fluidisch verbunden sein, wobei die Vorrichtung 100 in diesem Beispiel ein erstes Ventil 191 und ein zweites Ventil 192 zur fluidischen Abtrennung der ersten Kammer 110 beziehungsweise der zweiten Kammer 120 vom Rückhalteelement 150 umfasst. Zusätzlich kann auch eine Verbindung 130 vom Rückhalteelement 150 zum ersten Kanal 131 über ein drittes Ventil 193 versperrbar sein.Furthermore, the device comprises 100 a first chamber 110 for receiving by the retaining element 150 bound viruses and a second chamber 120 for receiving by the retaining element 150 bound bacteria. The two chambers 110 . 120 can have a first channel 131 be fluidly connected to the retaining element 150, wherein the device 100 in this example, a first valve 191 and a second valve 192 for the fluidic separation of the first chamber 110 or the second chamber 120 from the retaining element 150 includes. In addition, also a connection 130 from the retaining element 150 to the first channel 131 over a third valve 193 be lockable.

Beispielsweise kann die Probe über eine verschließbare Öffnung 160 der Vorrichtung 100 in einen mit dem Rückhalteelement 150 verbunden zweiten Kanal 132 eingebracht werden, wobei das Rückhalteelement 150 vom zweiten Kanal 132 über ein viertes Ventil 194 fluidisch abgetrennt werden kann.For example, the sample may have a closable opening 160 the device 100 in one with the retaining element 150 connected to the second channel 132, wherein the retaining element 150 from the second channel 132 via a fourth valve 194 can be separated fluidly.

Vorzugsweise umfasst die erste Kammer 110 einen ersten Reaktionsmix 111 zur weiteren Prozessierung der Viren und die zweite Kammer 120 einen zweiten Reaktionsmix 121 zur weiteren Prozessierung der Bakterien. Insbesondere können der erste und der zweite Reaktionsmix 111, 121 auf Viren beziehungsweise Bakterien abgestimmte typische Substanzen zur Vorbereitung und/oder Durchführung einer Polymerase-Kettenreaktion enthalten, wie beispielsweise Polymerase. Insbesondere kann der erste Reaktionsmix 111 Substanzen für eine Reverse Transkriptase-Polymerase-Kettenreaktion (RT-PCR) umfassen, beispielsweise ein QIAGEN ® OneStep RT-PCR Kit oder ein NEB ® OneTaq® RT-PCR Kit, um die RNA der Viren für weitere Nachweisreaktionen, vorzugsweise eine Polymerase-Kettenreaktion, zunächst in cDNA umzuschreiben. Sowohl der erste als auch der zweite Reaktionsmix können dabei in gefriergetrockneter Form, also sogenanntes Lyophilisat, vorliegen. Ferner können die Reaktionsmixe Enzyme, Primer oder Sonden für einen Nachweis genetischer Merkmale der Bakterien beziehungsweise Viren umfassen.Preferably, the first chamber comprises 110 a first reaction mix 111 for further processing of the viruses and the second chamber 120 a second reaction mix 121 for further processing of the bacteria. In particular, the first and the second reaction mix 111 . 121 contain viruses or bacteria matched typical substances for the preparation and / or conduct of a polymerase chain reaction, such as for example, polymerase. In particular, the first reaction mix 111 Substances for a reverse transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR), for example a QIAGEN® OneStep RT-PCR kit or a NEB® OneTaq® RT-PCR kit, comprise the RNA of the viruses for further detection reactions, preferably a polymerase chain reaction , first into cDNA rewrite. Both the first and the second reaction mix can be in freeze-dried form, so-called lyophilisate. Furthermore, the reaction mixtures may comprise enzymes, primers or probes for detecting genetic characteristics of the bacteria or viruses.

Wie oben angeführt, zeigt 2 ein Flussdiagramm 500 eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, beispielsweise unter Verwendung des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 gemäß 1. In einem ersten Schritt 501 wird die Probe über das Rückhalteelement 150, in diesem Beispiel der oben angeführte Silikafilter, der Vorrichtung 100 gespült, um die Viren und Bakterien aus der Probe auf dem Filter zu fixieren. Vor einer Spülung der Probe kann die Probe dabei mit einem Bindepuffer zur Bindung der Viren an das Rückhalteelement 150 vermischt werden. Bei dem Bindepuffer kann es sich beispielsweise um einen Phosphatpuffer mit einem pH-Wert um 5,5 handeln, welcher zwischen 1 und 3 Molar Guanidiniumhydrochlorid oder Guanidiniumthiocyanat enthalten kann, vorzugsweise zwischen 1,75 und 2,25 M Guanidiniumhydrochlorid oder Guanidiniumthiocyanat. Vorzugsweise ist der Bindepuffer sauer-gepuffert (pH-Wert<=6), um eine Wechselwirkung zwischen Silanolgruppen des Silikafilters und dem Zucker-Phosphat-Rest der DNA zu begünstigen. Ferner kann der Bindepuffer Ethanol für die Fällung der DNA enthalten. Die Fixierung der Bakterien erfolgt dabei über einen Größenausschluss, das heißt, Durchlässe, insbesondere Poren, des Filters 150 sind kleiner als die Größe der rückzuhaltenden Bakterien gewählt.As stated above, shows 2 a flowchart 500 an embodiment of the method according to the invention, for example using the embodiment of the device according to the invention 100 according to 1 , In a first step 501 The sample is rinsed via the retention member 150, in this example the above-mentioned silica filter, of the apparatus 100 to fix the viruses and bacteria from the sample to the filter. Before rinsing the sample, the sample can be used with a binding buffer to bind the virus to the retention element 150 be mixed. The binding buffer may be, for example, a phosphate buffer with a pH around 5.5, which may contain between 1 and 3 molar guanidinium hydrochloride or guanidinium thiocyanate, preferably between 1.75 and 2.25 M guanidinium hydrochloride or guanidinium thiocyanate. Preferably, the binding buffer is acid-buffered (pH <= 6) to promote interaction between silanol groups of the silica filter and the sugar-phosphate residue of the DNA. Further, the binding buffer may contain ethanol for the precipitation of the DNA. The fixation of the bacteria takes place via a size exclusion, that is, passages, in particular pores, of the filter 150 are chosen smaller than the size of the bacteria to be backed up.

Insbesondere wenn sich menschliche Zellen in der Probe befinden, kann vor der Spülung der Probe über das Rückhalteelement eine selektive Lyse dieser menschlichen Zellen erfolgen, da nachzuweisende Viren in den menschlichen Zellen enthalten sein können. Eine solche selektive Lyse kann beispielsweise mit einem Einsatz von 0,05 % TWEEN ® 80 (finale Konzentration) oder 0,2 % Saponin (finale Konzentrationen) erzielt werden. Als Ergebnis dieser selektiven Lyse erhält man intakte Bakterien und in Lösung vorliegende Viren inmitten des Humanzelllysats und denaturierten Proteinen in der Probe.In particular, when human cells are present in the sample, prior to rinsing the sample via the retention element, selective lysis of these human cells may occur since viruses to be detected may be contained in the human cells. Such selective lysis can be achieved, for example, with the use of 0.05% TWEEN® 80 (final concentration) or 0.2% saponin (final concentrations). As a result of this selective lysis, intact bacteria and virus present in solution are obtained in the middle of the human cell lysate and denatured proteins in the sample.

In einem zweiten Schritt 502 erfolgt ein Spülen eines ersten Fluids über das Rückhalteelement 150 zur Ablösung von durch das Rückhalteelement 150 gebundenen Viren und Überführung des mit Viren angereicherten Fluids in die erste Kammer 110 für eine weitere Prozessierung der Viren. Bei dem ersten Fluid kann es sich insbesondere um einen Elutionspuffer zum Ablösen der Viren vom Rückhalteelement 150 handeln. Insbesondere kann der Elutionspuffer Wasser, vorzugsweise doppel-destilliertes Wasser umfassen. Alternativ kann auch ein Elutionspuffer eingesetzt werden, der auf einer Mischung aus Tris(hydroxymethyl)-aminomethan und Salzsäure basiert, in einer Molarität zwischen 3 und 7 Millimolar, idealerweise 5 Millimolar vorliegt und einen pH-Wert von 8,5 aufweist.In a second step 502 Rinsing of a first fluid via the retaining element 150 occurs to detach from the retaining element 150 bound viruses and transfer of the virus-enriched fluid into the first chamber 110 for further processing of the viruses. The first fluid may in particular be an elution buffer for detaching the viruses from the retention element 150 act. In particular, the elution buffer may comprise water, preferably double-distilled water. Alternatively, an elution buffer based on a mixture of tris (hydroxymethyl) aminomethane and hydrochloric acid, in a molarity of between 3 and 7 millimolar, ideally 5 millimolar, and having a pH of 8.5 may also be employed.

In einem dritten Schritt 503 erfolgt ein Spülen eines zweiten Fluids über das Rückhalteelement 150 zur Ablösung von durch das Rückhalteelement 150 gebundenen Bakterien und Überführung des mit Bakterien angereicherten Fluids in die zweite Kammer 120 für eine weitere Prozessierung der Bakterien. Bei dem zweiten Fluid kann es sich insbesondere ebenfalls um einen Elutionspuffer handeln, wobei beispielsweise ein gleichartiger Elutionspuffer wie im oben beschriebenen zweiten Schritt verwendet werden kann. Wenn, wie in diesem Ausführungsbeispiel, die Bakterien über einen Filter 150 aus der Probe zurückgehalten werden und dadurch auf dem Filter 150 fixiert sind, kann die Spülung des zweiten Fluids über den Filter vorzugsweise entgegen der Richtung der Spülung der Probe erfolgen, um die Bakterien wirksam aus dem Filter 150 wieder zu lösen.In a third step 503 Rinsing of a second fluid via the retaining element 150 occurs to detach from the retaining element 150 bound bacteria and transfer of the bacteria-enriched fluid into the second chamber 120 for further processing of the bacteria. The second fluid may in particular also be an elution buffer, it being possible, for example, to use a similar elution buffer as in the second step described above. If, as in this embodiment, the bacteria pass through a filter 150 be retained from the sample and thereby on the filter 150 are fixed, the flushing of the second fluid through the filter can preferably be carried out counter to the direction of the flushing of the sample to effectively remove the bacteria from the filter 150 to solve again.

Vorzugsweise kann vor dem Spülen 503 mit dem zweiten Fluid ein Lysieren der auf dem Rückhalteelement 150 gebundenen Bakterien erfolgen. Eine Lyse kann dabei chemisch, thermisch und/oder über Ultraschalleinwirkung erfolgen.Preferably, before rinsing 503 with the second fluid, a lysis of the on the retaining element 150 bound bacteria take place. Lysis can take place chemically, thermally and / or via the action of ultrasound.

Beispielsweise kann die Vorrichtung 100 eine Ultraschallquelle 170 oder eine Schnittstelle 170, insbesondere eine Membran, beispielsweise eine elastische Polymermembran, für eine Ultraschallquelle umfassen, wobei die Ultraschallquelle 170 beziehungsweise die Schnittstelle 170 für eine unmittelbare Einwirkung von Ultraschall neben dem Rückhalteelement 150 angeordnet sind. Zusätzlich kann das Rückhalteelement 150 dabei mit einem Wasser umfassenden Fluid für eine Aufnahme der durch die Lyse freigesetzten DNA umgeben werden, beispielsweise geflutet werden.For example, the device 100 an ultrasound source 170 or an interface 170, in particular a membrane, for example an elastic polymer membrane, for an ultrasound source, the ultrasound source 170 or the interface 170 for direct exposure to ultrasound adjacent to the retention element 150 are arranged. In addition, the retaining element 150 thereby be surrounded with a fluid comprising water for receiving the released by the lysis DNA, for example, be flooded.

Alternativ oder zusätzlich kann auch eine chemische Lyse der Bakterien auf dem Rückhalteelement 150 unter Einsatz eines Lysepuffer vor dem Spülen 503 durchgeführt werden. Der Lysepuffer kann dazu beispielsweise Detergenzien wie zum Beispiel Tween® oder Triton®-X und/oder Ethylendiamintetraessigsäure, kurz EDTA, umfassen. Um die inhibierende Wirkung von EDTA für eine nachfolgende Polymerase-Kettenreaktion zu neutralisieren kann nach der Lyse Magnesiumchlorid hinzugegeben werden, vorzugsweise in einer Mindestkonzentration von 2,5 Millimolar, bevorzugt mindestens 3 Millimolar Magnesiumchlorid. Diese zusätzliche Magnesiumchlorid gleicht durch das EDTA inaktivierte Magnesiumchlorid in einem typischen Reaktionsmix für eine Polymerase-Kettenreaktion aus. Dies hat den Vorteil, dass das Lysat ohne DNA-Aufreinigung in die zweite Kammer 120 für eine Polymerase-Kettenreaktion überführt werden kann.Alternatively or additionally, a chemical lysis of the bacteria on the retaining element 150 using a lysis buffer before rinsing 503 be performed. For example, the lysis buffer may comprise detergents such as Tween® or Triton®-X and / or ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA for short. To neutralize the inhibitory effect of EDTA for a subsequent polymerase chain reaction after lysis, magnesium chloride may be added, preferably at a minimum concentration of 2.5 millimolar, preferably at least 3 millimolar magnesium chloride. This additional magnesium chloride compensates for EDTA inactivated magnesium chloride in a typical polymerase chain reaction reaction mix. This has the advantage that the lysate without DNA purification in the second chamber 120 can be converted for a polymerase chain reaction.

Ferner kann auch eine thermische Lyse der Bakterien alleine oder in Kombination mit einer chemischen Lyse und/oder einer Ultraschall-Lyse erfolgen. Dazu kann die Vorrichtung 100 ein neben dem Rückhalteelement 150 angeordnetes Heizelement 180 umfassen, beispielsweise eine Widerstandsheizung oder ein Peltierelement.Furthermore, a thermal lysis of the bacteria can be carried out alone or in combination with a chemical lysis and / or an ultrasound lysis. This can be done by the device 100 one next to the retaining element 150 arranged heating element 180 include, for example, a resistance heater or a Peltier element.

Nach einer Lyse ist es nicht erforderlich, den Filter 150 wie oben beschrieben in entgegengesetzter Richtung zu spülen, da die aus den lysierten Bakterien freigesetzte DNA bei nicht zu kleinen Poren des Filters 150 auch durch den Filter 150 hindurch gespült werden kann.After lysis, it is not necessary to use the filter 150 as described above to flush in the opposite direction, since the released from the lysed bacteria DNA not too small pores of the filter 150 also through the filter 150 can be rinsed through.

Wie oben beschrieben kann nach dem dritten Schritt 503 die weitere Prozessierung der Viren beziehungsweise Bakterien als vierter Schritt 504 eine Lyse der Viren oder eine Denaturierung von Proteinhüllen der Viren gefolgt von einer Polymerase-Kettenreaktion von Nukleinsäureabschnitten der Viren beziehungsweise der Bakterien erfolgen, beispielsweise für einen Nachweis der Viren beziehungsweise der Bakterien, insbesondere in der ersten Kammer 110 beziehungsweise in der zweiten Kammer 120.As described above, after the third step 503 the further processing of viruses or bacteria as a fourth step 504 lysis of the viruses or denaturation of protein shells of the viruses followed by a polymerase chain reaction of nucleic acid sections of the viruses or of the bacteria take place, for example for detection of the viruses or of the bacteria, in particular in the first chamber 110 or in the second chamber 120 ,

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Kajiura, Lauren N. et al. „Simultaneous Extraction of Viral and Bacterial Nucleic Acids for Molecular Diagnostic Applications.“ Journal of Biomolecular Techniques: JBT 26.4 (2015): 118-124. PMC. Web. 24 Feb. 2017 [0002]Kajiura, Lauren N. et al. "Simultaneous Extraction of Viral and Bacterial Nucleic Acids for Molecular Diagnostic Applications." Journal of Biomolecular Techniques: JBT 26.4 (2015): 118-124. PMC. Web. 24 Feb 2017 [0002]

Claims (15)

Verfahren (500) zur Prozessierung von Viren und Bakterien einer Probe mit einer mikrofluidischen Vorrichtung (100), umfassend die Schritte: • Spülen (501) der Probe über ein Rückhalteelement (150) der Vorrichtung (100), wobei das Rückhalteelement (150) ausgebildet ist, Viren und Bakterien aus der Probe zu fixieren. • Spülen (502) eines ersten Fluids über das Rückhalteelement (150) zur Ablösung von durch das Rückhalteelement (150) fixierten Viren und Überführung des mit Viren angereicherten Fluids in eine erste Kammer (110) für eine weitere Prozessierung (504) der Viren. • Spülen (503) eines zweiten Fluids über das Rückhalteelement (150) zur Ablösung von durch das Rückhalteelement (150) fixierten Bakterien und Überführung des mit Bakterien angereicherten Fluids in eine zweite Kammer (120) für eine weitere Prozessierung (504) der Bakterien.Method (500) for processing viruses and bacteria of a sample with a microfluidic device (100), comprising the steps: Rinsing (501) the sample via a retaining element (150) of the device (100), wherein the retaining element (150) is designed to fix viruses and bacteria from the sample. Flushing (502) a first fluid via the retention member (150) to detach viruses fixed by the retention member (150) and transferring the virus-enriched fluid into a first chamber (110) for further processing (504) the viruses. Purging (503) a second fluid via the retention member (150) to detach bacteria fixed by the retention member (150) and transferring the bacteria-enriched fluid into a second chamber (120) for further processing (504) the bacteria. Verfahren (500) nach Anspruch 1, wobei das Spülen (502, 503) des ersten Fluids und/oder des zweiten Fluids in der entgegengesetzten Richtung zur Richtung des Spülens (501) der Probe über das Rückhaltelement (150) erfolgt.Method (500) Claim 1 wherein the purging (502, 503) of the first fluid and / or the second fluid is in the opposite direction to the direction of purging (501) of the sample via the retention member (150). Verfahren (500) nach Anspruch 1 oder 2, wobei vor dem Spülen (503) mit dem zweiten Fluid ein Lysieren der auf dem Rückhalteelement (150) fixierten Bakterien erfolgt.Method (500) Claim 1 or 2 wherein, prior to rinsing (503) with the second fluid, lysing of the bacteria fixed on the retention member (150) occurs. Verfahren (500) nach Anspruch 3, wobei für das Lysieren der Bakterien das Rückhalteelement (150) einem Lysepuffer ausgesetzt wird.Method (500) Claim 3 wherein, for lysing the bacteria, the retention member (150) is exposed to a lysis buffer. Verfahren (500) nach Anspruch 3 oder 4, wobei für das Lysieren der Bakterien das Rückhalteelement (150) Ultraschall ausgesetzt wird, vorzugsweise nach einer Aussetzung, insbesondere Flutung, des Rückhalteelements (150) mit einem Wasser umfassenden Fluid.Method (500) Claim 3 or 4 in that, for lysing the bacteria, the retention element (150) is subjected to ultrasound, preferably after a suspension, in particular flooding, of the retention element (150) with a fluid comprising water. Verfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Probe vor der Spülung (501) der Probe über das Rückhalteelement (150) mit einem Bindepuffer zur Bindung der Viren an das Rückhalteelement (150) vermischt wird.The method (500) of any of the preceding claims, wherein the sample is mixed with a binding buffer to bind the viruses to the retention member (150) prior to rinsing (501) the sample via the retention member (150). Verfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die weitere Prozessierung (504) der Viren eine Lyse der Viren oder eine Denaturierung von Proteinhüllen der Viren umfasst.The method (500) of any one of the preceding claims, wherein the further processing (504) of the viruses comprises lysis of the viruses or denaturation of protein envelopes of the viruses. Verfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die weitere Prozessierung (504) der Viren oder der Bakterien eine Durchführung einer Polymerase-Kettenreaktion von DNA der Viren beziehungsweise der Bakterien umfasst.The method (500) of any one of the preceding claims, wherein the further processing (504) of the viruses or bacteria comprises performing a polymerase chain reaction of DNA of the viruses or bacteria, respectively. Verfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Rückhalteelement (150) einen Filter (150) umfasst, wobei zumindest ein Teil der Oberfläche des Filters (150) ein Material zur Fixierung, insbesondere Bindung von Nukleinsäuren und/oder vorgegebenen Proteinen umfasst.Method (500) according to one of the preceding claims, wherein the retaining element (150) comprises a filter (150), wherein at least a part of the surface of the filter (150) comprises a material for fixation, in particular binding of nucleic acids and / or predetermined proteins. Verfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor der Spülung (501) der Probe über das Rückhalteelement (150) eine Lyse von menschlichen Zellen in der Probe erfolgt.Method (500) according to one of the preceding claims, wherein prior to the rinsing (501) of the sample via the retaining element (150) lysis of human cells in the sample takes place. Mikrofluidische Vorrichtung (100) zur Prozessierung von Viren und Bakterien einer Probe, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) ein Rückhalteelement (150) umfasst, wobei das Rückhaltelement (150) zur Fixierung von Viren und Bakterien aus der Probe ausgebildet ist, und dass die Vorrichtung eine erste Kammer (110) zur Aufnahme von durch das Rückhalteelement (150) fixierten Viren und eine zweite Kammer (120) zur Aufnahme von durch das Rückhalteelement (150) fixierten Bakterien umfasst, wobei die erste Kammer (110) einen ersten Reaktionsmix (111) zur weiteren Prozessierung der Viren und die zweite Kammer (120) einen zweiten Reaktionsmix (121) zur weiteren Prozessierung der Bakterien umfasst.A microfluidic device (100) for processing viruses and bacteria of a sample, characterized in that the device (100) comprises a retaining element (150), wherein the retaining element (150) is designed to fix viruses and bacteria from the sample, and the apparatus comprises a first chamber (110) for receiving viruses fixed by the retaining element (150) and a second chamber (120) for receiving bacteria fixed by the retaining element (150), the first chamber (110) having a first reaction mix ( 111) for further processing of the viruses and the second chamber (120) comprises a second reaction mix (121) for further processing of the bacteria. Mikrofluidische Vorrichtung (100) nach Anspruch 11, wobei die Vorrichtung (100) ein erstes Ventil (191) und ein zweites Ventil (192) zur fluidischen Abtrennung der ersten Kammer (110) beziehungsweise der zweiten Kammer (120) vom Rückhalteelement (150) umfasst.Microfluidic device (100) according to Claim 11 wherein the device (100) comprises a first valve (191) and a second valve (192) for the fluidic separation of the first chamber (110) and the second chamber (120) from the retaining element (150). Mikrofluidische Vorrichtung (100) nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Rückhalteelement (150) einen Filter (150) umfasst, wobei zumindest ein Teil der Oberfläche des Filters (150) ein Material zur Fixierung, insbesondere Bindung von Nukleinsäuren und/oder vorgegebenen Proteinen umfasst.Microfluidic device (100) according to Claim 11 or 12 wherein the retaining element (150) comprises a filter (150), wherein at least a part of the surface of the filter (150) comprises a material for fixation, in particular binding of nucleic acids and / or predetermined proteins. Mikrofluidische Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Vorrichtung (100) eine Ultraschallquelle (170) oder eine Schnittstelle (170), insbesondere eine Membran, für eine Ultraschallquelle umfasst, wobei die Ultraschallquelle (170) beziehungsweise die Schnittstelle (170) neben dem Rückhalteelement (150) angeordnet sind.Microfluidic device (100) according to one of Claims 11 to 13 wherein the device (100) comprises an ultrasound source (170) or an interface (170), in particular a membrane, for an ultrasound source, the ultrasound source (170) or the interface (170) being arranged next to the retaining element (150). Mikrofluidische Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Vorrichtung (100) ein neben dem Rückhalteelement (150) angeordnetes Heizelement (180) umfasst.Microfluidic device (100) according to one of Claims 11 to 14 wherein the device (100) comprises a heating element (180) arranged adjacent to the retaining element (150).
DE102017204195.1A 2017-03-14 2017-03-14 Method and microfluidic device for processing viruses and bacteria of a sample Pending DE102017204195A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017204195.1A DE102017204195A1 (en) 2017-03-14 2017-03-14 Method and microfluidic device for processing viruses and bacteria of a sample
PCT/EP2018/056314 WO2018167106A1 (en) 2017-03-14 2018-03-14 Method and microfluidic device for processing viruses and bacteria of a sample

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017204195.1A DE102017204195A1 (en) 2017-03-14 2017-03-14 Method and microfluidic device for processing viruses and bacteria of a sample

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102017204195A1 true DE102017204195A1 (en) 2018-09-20

Family

ID=61683779

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017204195.1A Pending DE102017204195A1 (en) 2017-03-14 2017-03-14 Method and microfluidic device for processing viruses and bacteria of a sample

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102017204195A1 (en)
WO (1) WO2018167106A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021212645A1 (en) 2021-11-10 2023-05-11 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Device and method for carrying out microfluidic process steps

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021203409A1 (en) * 2021-04-07 2022-10-13 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Procedure for detecting active viruses

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012073115A1 (en) * 2010-11-30 2012-06-07 Quantumdx Group Limited Microfluidic device for nucleic acid extraction and fractionation

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100216657A1 (en) * 2006-05-16 2010-08-26 Arcxis Biotechnologies, Inc. Pcr-free sample preparation and detection systems for high speed biologic analysis and identification
DE102010031401A1 (en) * 2010-07-15 2012-01-19 Aj Innuscreen Gmbh Method for enriching bacteria, viruses and cells and subsequent nucleic acid isolation
DE102014200468A1 (en) * 2014-01-14 2015-07-16 Robert Bosch Gmbh Microfluidic system and method for preparing and analyzing a sample of biological material containing cells
DE102014205531A1 (en) * 2014-03-25 2015-10-01 Robert Bosch Gmbh A microfluidic device and method for analyzing a sample of biological material
DE102014205728B3 (en) * 2014-03-27 2015-03-05 Robert Bosch Gmbh A chip laboratory cartridge for a microfluidic system for analyzing a sample of biological material, a microfluidic system for analyzing a sample of biological material, and a method and apparatus for analyzing a sample of biological material

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012073115A1 (en) * 2010-11-30 2012-06-07 Quantumdx Group Limited Microfluidic device for nucleic acid extraction and fractionation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Kajiura, Lauren N. et al. „Simultaneous Extraction of Viral and Bacterial Nucleic Acids for Molecular Diagnostic Applications." Journal of Biomolecular Techniques: JBT 26.4 (2015): 118-124. PMC. Web. 24 Feb. 2017

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021212645A1 (en) 2021-11-10 2023-05-11 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Device and method for carrying out microfluidic process steps
WO2023083704A1 (en) 2021-11-10 2023-05-19 Robert Bosch Gmbh Device and method for carrying out microfluidic process steps

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018167106A1 (en) 2018-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69802191T3 (en) Solid phase nucleic acid isolation
CA2067711C (en) Solid phase extraction purification of dna
EP1121460A1 (en) Methods and means for isolating and purifying nucleic acids on surfaces
KR20080066727A (en) Rna extraction method and rna detection method
DE102014211221A1 (en) Method for enrichment and / or purification of nucleic acids
EP2283026A1 (en) Method for concentrating and isolating biomolecules or viruses
WO2015018707A1 (en) Method and device for preparing a sample of biological material containing target cells and accompanying cells for extracting nucleic acids of the target cells
EP2446054B1 (en) Method for amplifying dna using tetraethylenglycol
WO2018167106A1 (en) Method and microfluidic device for processing viruses and bacteria of a sample
EP2297361A1 (en) Rapid analytical method for mixed biological samples
EP2547767A2 (en) Use of achromopeptidase for lysis at room temperature
WO2015018647A1 (en) Method and device for processing a sample of biological material containing target cells and companion cells in order to extract nucleic acids of the target cells
DE60222771T2 (en) TEMPERATURE-STABLE PROTEINASES FROM THERMOPHILIC BACTERIA
EP3073264B1 (en) Method for operating a sequencing device
DE102020103957B4 (en) Method for detecting microorganisms and a fluidic channel system
DE102007028207B3 (en) Detecting pathogenic Legionella microorganisms in water from a pipe system comprises performing a polymerase chain reaction on DNA from microorganisms filtered from a large volume of water
DE102014205728B3 (en) A chip laboratory cartridge for a microfluidic system for analyzing a sample of biological material, a microfluidic system for analyzing a sample of biological material, and a method and apparatus for analyzing a sample of biological material
EP3610013B1 (en) Desorption of nucleic acids
WO2005007882A2 (en) Sample preparing unit
EP4341396A1 (en) Process for purifying nucleic acids, in particular in a microfluidic apparatus
DE102021203409A1 (en) Procedure for detecting active viruses
JP7479079B2 (en) Buffer composition for nucleic acid isolation for single-tube column PCR and uses thereof
DE10157624A1 (en) Methods for HIV enrichment and detection
DE602006000749T2 (en) Nucleotide sequence for the detection of TSE
DE102017204705A1 (en) Mixture of substances and use of a substance mixture for a polymerase chain reaction

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed