DE102018116528A1 - Mikroelektrophoresechip - Google Patents

Mikroelektrophoresechip Download PDF

Info

Publication number
DE102018116528A1
DE102018116528A1 DE102018116528.5A DE102018116528A DE102018116528A1 DE 102018116528 A1 DE102018116528 A1 DE 102018116528A1 DE 102018116528 A DE102018116528 A DE 102018116528A DE 102018116528 A1 DE102018116528 A1 DE 102018116528A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
lamination
microfluidic
carrier plate
cooling fluid
liquid
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.)
Withdrawn
Application number
DE102018116528.5A
Other languages
German (de)
Inventor
Pedro Novo
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.)
Leibniz Institut fur Analytische Wss Isas E V
Leibniz Institut fuer Analytische Wissenschaften ISAS eV
Original Assignee
Leibniz Institut fur Analytische Wss Isas E V
Leibniz Institut fuer Analytische Wissenschaften ISAS eV
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 Leibniz Institut fur Analytische Wss Isas E V, Leibniz Institut fuer Analytische Wissenschaften ISAS eV filed Critical Leibniz Institut fur Analytische Wss Isas E V
Priority to DE102018116528.5A priority Critical patent/DE102018116528A1/en
Publication of DE102018116528A1 publication Critical patent/DE102018116528A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers 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
    • B01L3/502707—Containers 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 characterised by the manufacture of the container or its components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers 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
    • B01L3/50273—Containers 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 characterised by the means or forces applied to move the fluids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/447—Systems using electrophoresis
    • G01N27/44756—Apparatus specially adapted therefor
    • G01N27/44791—Microapparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0415—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces electrical forces, e.g. electrokinetic
    • B01L2400/0421—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces electrical forces, e.g. electrokinetic electrophoretic flow
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/447—Systems using electrophoresis
    • G01N27/44704—Details; Accessories
    • G01N27/44717—Arrangements for investigating the separated zones, e.g. localising zones
    • G01N27/4473—Arrangements for investigating the separated zones, e.g. localising zones by electric means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/48—Systems using polarography, i.e. measuring changes in current under a slowly-varying voltage

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

Mikrofluidische Vorrichtung zur Elektrophorese und elektrochemischen Analyse von Flüssigkeiten, basierend auf einem kaschierten Träger, wobei die Metallkaschierung als mikrofluidischer Kanal und als Elektrode dient.

Figure DE102018116528A1_0000
Microfluidic device for electrophoresis and electrochemical analysis of liquids, based on a laminated support, the metal lamination serving as a microfluidic channel and as an electrode.
Figure DE102018116528A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft Mittel zur Elektrophorese und elektrochemischen Analyse von Flüssigkeiten in mikrofluidischem Maßstab. Auf einem elektrisch isolierten Träger ist eine strukturierte Kaschierung aus einem elektrisch leitenden Material aufgebracht. Zwischen Abschnitten der Kaschierung sind mikrofluidische Flüssigkeitskanäle gebildet.The invention relates to agents for electrophoresis and electrochemical analysis of liquids on a microfluidic scale. A structured lamination made of an electrically conductive material is applied to an electrically insulated carrier. Microfluidic liquid channels are formed between sections of the lamination.

In der Biotechnologie, Medizintechnik, Prozesstechnik und chemischen Analyse ist es wünschenswert, Flüssigkeiten und die darin enthaltenen chemischen Verbindungen durch Beaufschlagung mit elektrischem Strom zu trennen und/oder zu analysieren. Bekannte Verfahren sind Elektrophorese und Voltammetrie. Wünschenswert ist die kontinuierliche Analyse oder Stofftrennung der Flüssigkeiten in Gegensatz zu einer Batch-weisen Verarbeitung. Wünschenswert ist außerdem die elektrochemische Trennung oder Analyse von Flüssigkeit in mikrofluidischem Maßstab.In biotechnology, medical technology, process technology and chemical analysis, it is desirable to separate and / or analyze liquids and the chemical compounds contained therein by applying electrical current. Known methods are electrophoresis and voltammetry. It is desirable to continuously analyze or separate the liquids in contrast to batch-wise processing. The electrochemical separation or analysis of liquid on a microfluidic scale is also desirable.

Das technische Gebiet der Mikrofluidik betrifft Fluide, das heißt Flüssigkeiten und Gase, und deren Leitung auf kleinstem Raum. Es sind sogenannte Chip-Labore („lab-on-a-chip“) etabliert, die auf Basis eines oder mehrerer zusammengeschalteter mikrofluidischer Systeme die gesamte Funktionalität eines an sich bekannten makroskopischen Labors umsetzen. In der Regel sind die einzelnen mikrofluidischen Systeme, die als Reaktions- und Analysekammern funktionieren, jeweils auf einem chipkarten- oder handtellergroßen Kunststoffsubstrat untergebracht. Mit dieser Technologie lassen sich geringste Mikro-Mengen, das heißt wenige Pikoliter oder Mikroliter, einer Flüssigkeit idealerweise auf einem analysieren. Der Transport der Flüssigkeiten zwischen den zusammengeschalteten mikrofluidischen Systeme findet allein mithilfe von Kapillarkräften statt.The technical field of microfluidics relates to fluids, i.e. liquids and gases, and their conduction in the smallest space. So-called chip laboratories (“lab-on-a-chip”) are established that implement the entire functionality of a macroscopic laboratory known per se on the basis of one or more interconnected microfluidic systems. As a rule, the individual microfluidic systems, which function as reaction and analysis chambers, are each housed on a chip card or palm-sized plastic substrate. With this technology, the smallest micro quantities, i.e. a few picoliters or microliters, of a liquid can ideally be analyzed on one. The transport of the liquids between the interconnected microfluidic systems takes place solely with the help of capillary forces.

Dabei ist die sogenannte Mikrochip-Elektrophorese ein bereits eingesetztes analytisches Verfahren in mikrofluidischem Maßstab. Das Analyseprinzip der Mikrochip-Elektrophorese ist ähnlich dem der makroskopischen Elektrophorese: Stoffe werden aufgrund ihrer unterschiedlichen Wanderungsgeschwindigkeiten im elektrischen Feld aufgetrennt. Dabei können Substanzen im elektrischen Feld entweder zum Pluspol, das heißt Anode, oder zum Minuspol, das heißt Kathode, wandern oder, im Falle von elektrisch neutralen Stoffen, vom elektrischen Feld unbeeinflusst bleiben. Besonders elektrisch geladene, ionische Substanzen wie Proteine oder Aminosäuren lassen sich mittels der Elektrophorese gut trennen.The so-called microchip electrophoresis is an already used analytical method on a microfluidic scale. The principle of analysis of microchip electrophoresis is similar to that of macroscopic electrophoresis: substances are separated due to their different migration speeds in the electric field. Substances in the electrical field can either migrate to the positive pole, that is, anode, or to the negative pole, that is, cathode, or, in the case of electrically neutral substances, remain unaffected by the electrical field. Electrically charged ionic substances such as proteins or amino acids can be separated well using electrophoresis.

Die Ansätze zu Mikrochip-Elektrophorese sind jedoch in der praktischen Umsetzung, das heißt sowohl in Herstellung, als auch im Betrieb, aufwendig, da meist auf mehrteilige Systeme zurückgegriffen werden muss, die getrennt hergestellt und anschließend zusammengefügt werden müssen. Dies muss unter Einhaltung hoher Präzision erfolgen, da die Dimensionen in der Mikrofluidik im Bereich von wenigen Mikrometern liegen. Außerdem ist es speziell für medizinische Analyseanwendungen zweckmäßig, wenn die Analysekammern oder -chips frei von Kontaminationen oder mikrobieller Verunreinigung sind.However, the approaches to microchip electrophoresis are complex to implement, that is to say both in production and in operation, since it is usually necessary to resort to multi-part systems which have to be produced separately and then joined together. This must be done with high precision, since the dimensions in microfluidics are in the range of a few micrometers. In addition, it is particularly expedient for medical analysis applications if the analysis chambers or chips are free of contamination or microbial contamination.

Bisher leidet die Mikrochip-Elektrophorese auch unter dem Problem der Gasblasenbildung bei der Elektrophorese, was den Stofftransport in den Systemen erschwert oder ganz verhindert.So far, microchip electrophoresis has also suffered from the problem of gas bubble formation in electrophoresis, which complicates or completely prevents mass transport in the systems.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, Mikrochip-Elektrophorese-Anwendungen zu vereinfachen und einen verbesserten Mikrochip zur Elektrophorese und/oder elektrochemischen Analyse im mikrofluidischen Maßstab bereitzustellen, welcher den Nachteil des Standes der Technik überwindet und insbesondere einfach, in hoher Präzision und Wiederholbarkeit und in hoher Zahl kostengünstig herstellbar ist.The invention has set itself the task of simplifying microchip electrophoresis applications and of providing an improved microchip for electrophoresis and / or electrochemical analysis on a microfluidic scale, which overcomes the disadvantage of the prior art and in particular is simple, with high precision and repeatability and in high number is inexpensive to produce.

Das technische Problem wird gelöst durch die Bereitstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung, das heißt insbesondere einer Analysevorrichtung in Form eines integralen Elektrophorese-Chips, welche im Wesentlichen aus einer elektrisch isolierenden Trägerplatte, worauf eine strukturierte Kaschierung aus einem elektrischen Leiter, insbesondere eine goldplattierte Kupferkaschierung, aufgetragen ist, besteht. Die Kaschierung ist in zweidimensional strukturiert, das heißt erstreckt sich in Abschnitten auf der Trägerplatte. Erfindungsgemäß weist diese strukturierte Kaschierung mindestens einen ersten Abschnitt auf, der als anodischer Abschnitt dient und mindestens einen davon elektrisch isolierten zweiten Abschnitt, der als kathodischer Abschnitt dient. Die strukturierte Kaschierung besitzt eine bestimmte wandbildende Schichtdicke. Dabei sind der mindestens eine erste und der mindestens eine zweite Abschnitt der strukturierten Kaschierung in der Ebene der Trägerplatte so zueinander beabstandet angeordnet, dass zwischen den Wänden dieser Abschnitte, die sich durch die Schichtdicke der Kaschierung bilden, auf dieser Trägerplatte mindestens ein mikrofluidischer Flüssigkeitskanal gebildet ist.The technical problem is solved by providing a microfluidic device, that is to say in particular an analysis device in the form of an integral electrophoresis chip, which essentially consists of an electrically insulating carrier plate, to which a structured lamination from an electrical conductor, in particular a gold-plated copper lamination, is applied , consists. The lamination is structured in two dimensions, i.e. it extends in sections on the carrier plate. According to the invention, this structured lamination has at least a first section which serves as an anodic section and at least one second section which is electrically insulated therefrom and which serves as a cathodic section. The structured lamination has a certain wall-forming layer thickness. In this case, the at least one first and the at least one second section of the structured lamination are spaced apart from one another in the plane of the carrier plate such that at least one microfluidic liquid channel is formed on the carrier plate between the walls of these sections, which are formed by the layer thickness of the lamination ,

Das heißt, gemäß der Erfindung weist die Trägerplatte eine Mikrostrukturierung in Form mindestens eines mikrofluidischen Flüssigkeitskanals auf, wobei diese Mikrostrukturierung im Wesentlichen durch und in der Kaschierung auf dem Träger ausgebildet ist.That is, according to the invention, the carrier plate has a microstructuring in the form of at least one microfluidic liquid channel, this microstructuring being formed essentially through and in the lamination on the carrier.

Erfindungsgemäß ist diese strukturierte Kaschierung aus einem elektrischen Leiter gebildet, sodass erfindungsgemäß die seitlichen Wände des mindestens einen Flüssigkeitskanals, welche durch diese Kaschierung gebildet sind, gleichzeitig als Elektroden, das heißt Anode oder Kathode, für die elektrochemische Analyse beziehungsweise Elektrophorese dienen. Das bedeutet, die mikrostrukturierte elektrisch leitende Kaschierung selbst bildet Mikrokanal und beide Elektrodenpole, Anode und Kathode.According to the invention, this structured lamination is formed from an electrical conductor, so that, according to the invention, the side walls of the at least one liquid channel, which are formed by this lamination, simultaneously serve as electrodes, that is to say an anode or cathode, for the electrochemical analysis or electrophoresis. This means that the microstructured, electrically conductive lamination itself forms the microchannel and both electrode poles, anode and cathode.

Durch die direkte Integration von Auswerteelektronik lässt sich ein Analysebaustein bereitstellen, welcher unmittelbar zur Verwendung in der elektrochemischen Trennung von Substanzen durch Elektrophorese aus Flüssigkeiten und zusätzlich oder alternativ zur elektrochemischen Analyse von Substanzen, besonders durch Voltametrie, ermöglichen. Diese Analyseeinheit lässt sich in größere analytische Systeme, insbesondere in Chiplabore oder in Laborautomaten einsetzen.The direct integration of evaluation electronics makes it possible to provide an analysis module which enables it to be used directly in the electrochemical separation of substances by means of electrophoresis from liquids and additionally or alternatively to the electrochemical analysis of substances, particularly by voltammetry. This analysis unit can be used in larger analytical systems, in particular in chip laboratories or in laboratory machines.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße mikrofluidische Vorrichtung in Form einer an sich bekannten elektrischen Leiterplatte (PCB), bestehend aus einem isolierenden Träger und einer strukturierten Metallkaschierung in Form von Leiterbahnen gebildet. Das heißt besonders, die isolierenden Zwischenräume zwischen den durch die Strukturierung der Kaschierung gebildeten Abschnitte in Form von „Leiterbahnen“ bilden erfindungsgemäß einen mikrofluidischen Flüssigkeitskanal. Vorteilhafterweise sind solche allgemein als „gedruckte Schaltungen“ (PCB) bekannten Elemente aufgrund gut etablierter maschineller Fertigungstechnik einfach und in hoher Zahl und hoher Präzision herstellbar. Bekannte Verfahren zur Herstellung solcher gedruckter Schaltungen (PCB) sind photolithographische Ätzverfahren sowie Mikrofräsverfahren. In beiden Fällen wird aus einer auf einer isolierenden Trägerplatte, das heißt Platine, aufgebrachten durchgehenden Kaschierung aus metallischem Leiter strukturiert Material abgetragen, um voneinander elektrisch isolierte Leiterbahnen beliebiger Struktur und Verlauf zu bilden. Die erfindungsgemäße mikrofluidische Vorrichtung in Form einer solchen gedruckten Schaltung ist aber nicht auf diese Herstellverfahren beschränkt. Weitere an sich bekannte Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen (PCB) sind ebenso anwendbar.In a preferred embodiment, the microfluidic device according to the invention is formed in the form of an electrical circuit board (PCB) known per se, consisting of an insulating support and a structured metal lamination in the form of conductor tracks. This means in particular that the insulating spaces between the sections formed by the structuring of the lamination in the form of “conductor tracks” form a microfluidic liquid channel according to the invention. Such elements, which are generally known as “printed circuits” (PCB), can advantageously be produced simply and in large numbers and with high precision due to well-established mechanical production technology. Known processes for producing such printed circuits (PCB) are photolithographic etching processes and micromilling processes. In both cases, material is removed from a continuous lamination of metallic conductor structured on an insulating carrier plate, that is to say a circuit board, in order to form interconnects of any structure and course which are electrically insulated from one another. However, the microfluidic device according to the invention in the form of such a printed circuit is not limited to these manufacturing processes. Other methods known per se for the production of printed circuits (PCB) can also be used.

Die Erfinder fanden überraschend, dass durch die Mikrostrukturierung des Elektrodenmaterials selbst, das als Kaschierung auf einer Trägerplatte in einfacher Weise und mit an sich bekannten Herstellverfahren in hoher Präzision solche Elektrophorese-Chips, insbesondere einteilige integrale Elektrophorese-Chips, welche besonders robust sind, leicht bereitgestellt werden können. Die Erfindung ist besonders vorteilhaft im Zusammenhang mit Einweg-Systemen („disposables“) in der biologischen und medizinischen Analytik, weil hier dann auf eine ansonsten notwendige Sterilisierung oder Dekontaminierung komplexerer und teurerer bekannte Mikrochipsysteme verzichtet werden kann.The inventors found that, surprisingly, the microstructuring of the electrode material itself, which as a lamination on a carrier plate in a simple manner and with known manufacturing processes with high precision, easily provides such electrophoresis chips, in particular one-piece integral electrophoresis chips, which are particularly robust can be. The invention is particularly advantageous in connection with disposable systems ("disposables") in biological and medical analysis, because then there is no need for the otherwise necessary sterilization or decontamination of more complex and expensive known microchip systems.

Nachteilig in bekannten Mikroelektrophorese-Systemen ist die Entstehung von Gasblasen und deren notwendige Beseitigung. Gasblasen treten an den Elektroden (Elektrodenreaktion-Zersetzungsspannung) und aufgrund von Wärmeentwicklung wegen der hohen Spannung auf, die für die Elektrophorese in bekannten Mikroelektrophorese-Systemen erforderlich ist. Kann aber, wie gemäß der vorliegenden Erfindung, auf kleinere mikrofluidische Kanäle zurückgegriffen, wo sich Anode und Kathode näher gegenüberstehen, kann die Spannung bei der Elektrophorese erheblich reduziert werden, was die Entstehung von Gasblasen von vornherein unterdrückt. Um dennoch einen hohen Stoffdurchsatz bei kleinen Flüssigkeitskanälen zu gewährleisten, kann gemäß dieser Erfindung leicht auf die Parallelisierung, das heißt auf mehrere parallel geschaltete Kanäle zurückgegriffen werden, um denselben Stoffdurchsatz zu erreichen. In herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Mikroelektrophorese-Systemen würde dies einen sehr hohen Herstellungs- und Bearbeitungsaufwand erfordern. Die vorliegende Erfindung kann aber auf in der Elektronik lang etablierte Fertigungsprozesse zurückgreifen (siehe oben). Dadurch können solche parallel arbeitenden Einzelsysteme kostengünstig und in hoher Präzision hergestellt werden.A disadvantage of known microelectrophoresis systems is the formation of gas bubbles and their necessary removal. Gas bubbles occur on the electrodes (electrode reaction decomposition voltage) and due to the development of heat due to the high voltage required for electrophoresis in known microelectrophoresis systems. However, if, as in accordance with the present invention, smaller microfluidic channels can be used where the anode and cathode face each other, the voltage during electrophoresis can be considerably reduced, which suppresses the formation of gas bubbles from the outset. In order to nevertheless guarantee a high material throughput with small liquid channels, parallelization, that is to say a plurality of channels connected in parallel, can easily be used according to this invention in order to achieve the same material throughput. In conventional methods for the production of microelectrophoresis systems, this would require a very high production and processing effort. However, the present invention can fall back on manufacturing processes that have long been established in electronics (see above). Such parallel systems can be produced inexpensively and with high precision.

Die Erfindung ist besonders geeignet zur Verwendung in der Hochdurchsatzprobenaufbereitung, besonders bei biomedizinischen und pharmazeutischen Anwendungen. Die Erfindung ist auch besonders geeignet in der Trennung komplexer Mischungen von Proteinen, Peptiden, Lipiden, partikulären Substanzen wie Vesikeln und Pathogenen.The invention is particularly suitable for use in high throughput sample preparation, particularly in biomedical and pharmaceutical applications. The invention is also particularly suitable in the separation of complex mixtures of proteins, peptides, lipids, particulate substances such as vesicles and pathogens.

In besonderer Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung als geschlossenes System ausgebildet, welches gegenüber Umwelteinflüssen abgeschirmt ist. Dazu ist bevorzugt vorgesehen, dass mindestens eine Deckplatte auf der strukturierten Kaschierung flächig aufliegt, wobei der mindestens eine mikrofluidische Flüssigkeitskanal, der in der strukturierten Kaschierung gebildet ist auf der der Trägerplatte gegenüberliegenden Seite bedeckt wird, um dort einen geschlossenen Flüssigkeitskanal zu bilden. Das heißt der mikrofluidische Flüssigkeitskanal wird so zwischen der Trägerplatte und der gegenüberliegenden Deckplatte sowie zwischen den beiden Wänden, welche sich aus der Schichtdicke der strukturierten Kaschierung ergeben, gebildet. Bevorzugt ist der Deckel oder die Deckplatte direkt auf die strukturierte Kaschierung geklebt und/oder mit dieser flüssigkeitsdicht verbunden.In a special embodiment, the device according to the invention is designed as a closed system which is shielded from environmental influences. For this purpose, it is preferably provided that at least one cover plate lies flat on the structured lamination, the at least one microfluidic liquid channel which is formed in the structured lamination being covered on the side opposite the carrier plate in order to form a closed liquid channel there. This means that the microfluidic liquid channel is thus formed between the carrier plate and the opposite cover plate and between the two walls, which result from the layer thickness of the structured lamination. The cover or the cover plate is preferably glued directly to the structured lamination and / or connected to it in a liquid-tight manner.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist - insbesondere in dieses vorgenannte geschlossene System - mindestens ein Zulauf vorhanden, der in den mindestens einen fluidischen Flüssigkeitskanal mündet. Dieser zumindest eine Zulauf ist besonders in Form einer Bohrung oder einer Nut in der Trägerplatte angeordnet und dort gebildet. Alternativ oder zusätzlich ist der mindestens eine Zulauf in Form einer Bohrung oder Nut in der Deckplatte gebildet. Alternativ und bevorzugt zusätzlich ist der mindestens eine Ablauf in Form einer Bohrung oder Nut in der Deckplatte gebildet.In a preferred embodiment, the aforementioned is closed, in particular System - there is at least one inlet that opens into the at least one fluidic fluid channel. This at least one inlet is particularly arranged in the form of a bore or a groove in the carrier plate and is formed there. Alternatively or additionally, the at least one inlet is formed in the form of a hole or groove in the cover plate. Alternatively and preferably additionally, the at least one outlet is formed in the form of a hole or groove in the cover plate.

In bevorzugter Ausgestaltung sind die Zulauf- und Ablaufkanäle an der Trägerplatte auf die der Kaschierung und dem mikrofluidischen Flüssigkeitskanal gegenüberliegende Seite der Trägerplatte geführt und können dort über standardisierte Anschlüsse in einen Laborautomaten eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann daher in Form einer auswechselbaren Kassette in einen Laborautomat eingesetzt werden.In a preferred embodiment, the inlet and outlet channels on the carrier plate are guided to the side of the carrier plate opposite the lamination and the microfluidic liquid channel and can be used there in a laboratory machine via standardized connections. The device according to the invention can therefore be used in the form of an exchangeable cassette in a laboratory machine.

In bevorzugter Ausgestaltung ist daher der zwischen den Wänden der strukturieren Kaschierung gebildete mikrofluidische Flüssigkeitskanal durch die Dimensionierung der Schichtdicke der Kaschierung und durch die Dimensionierung der Beabstandung der beiderseitigen Abschnitte der Kaschierung, welche die Wände des mikrofluidischen Flüssigkeitskanals bilden, bestimmt. Die Schichtdicke der Kaschierung beträgt insbesondere von 10 bis 50 µm, bevorzugt etwa 35 µm. Der Abstand der sich an dem gebildeten Kanal gegenüber liegenden Wände der Abschnitte der Kaschierung zueinander, und damit die Breite des gebildeten Flüssigkeitskanals, beträgt insbesondere von 100 bis 500 µm, bevorzugt etwa 300 µm.In a preferred embodiment, the microfluidic liquid channel formed between the walls of the structured lamination is therefore determined by the dimensioning of the layer thickness of the lamination and by the dimensioning of the spacing of the two-sided sections of the lamination, which form the walls of the microfluidic liquid channel. The layer thickness of the lamination is in particular from 10 to 50 μm, preferably about 35 μm. The distance between the walls of the sections of the lamination lying opposite one another on the channel formed, and thus the width of the liquid channel formed, is in particular from 100 to 500 μm, preferably about 300 μm.

In bevorzugter Ausgestaltung ist der elektrische Leiter, aus welchem die Kaschierung aufgebaut ist, das heißt besonders woraus die Kaschierung besteht, ausgewählt aus der Gruppe der metallischen Leiter, enthaltend Kupfer, Gold, Silber, Nickel, Titan, und Platin sowie Legierungen davon und Materialverbünde davon. Solche Materialverbünde bestehen aus einem Grundmetall, welches mit mindestens einem weiteren, insbesondere edlerem Metall beschichtet ist. Die Beschichtung kann in an sich bekannter Weise, bevorzugt aber durch mechanische Plattierung, auf elektrochemischen Wege (Galvanisierung) oder besonders bevorzugt durch Plasmadeposition (PVD) erfolgen. Bevorzugt ist besonders eine Kaschierung auf einer Kupferbasis (Elektrolytkupfer), welche mit Gold beschichtet ist.In a preferred embodiment, the electrical conductor from which the lamination is constructed, that is to say particularly what the lamination consists of, is selected from the group of metallic conductors containing copper, gold, silver, nickel, titanium, and platinum, as well as alloys thereof and material composites thereof , Such material composites consist of a base metal which is coated with at least one further, in particular nobler metal. The coating can be carried out in a manner known per se, but preferably by mechanical plating, by electrochemical means (galvanization) or particularly preferably by plasma deposition (PVD). A lamination on a copper base (electrolytic copper), which is coated with gold, is particularly preferred.

In einer Ausgestaltung ist insbesondere vorgesehen, auf einer Kaschierung aus elementarem Metall zusätzlich mindestens eine Abschlussschicht aus einer Metallverbindung abzulagern oder anzuordnen, um das gesamte Elektrodenmaterial zu bilden. Besonders ist eine solche Metallverbindungsschicht ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Silberchlorid (AgCl), Titannitriden (TiN), Titanaluminiumnitriden (TiAlN); besonders bevorzugt sind in dieser Ausgestaltung Titannitride, abgeschieden mittels PVD auf einer metallischen Titanschicht.In one embodiment, provision is made in particular to additionally deposit or arrange at least one end layer made of a metal compound on a lamination made of elemental metal in order to form the entire electrode material. Such a metal compound layer is particularly selected from the group consisting of: silver chloride (AgCl), titanium nitrides (TiN), titanium aluminum nitrides (TiAlN); Titanium nitrides deposited by means of PVD on a metallic titanium layer are particularly preferred in this embodiment.

In alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltungen ist die Kaschierung aus einem nichtmetallischen Leiter aufgebaut, enthält diese oder besteht daraus. Bevorzugt sind Halbleiter, Graphit- oder Silber-haltige leitfähige Polymere und Graphit sowie Kombinationen oder Verbünde davon oder Kombinationen oder Verbünde mit mindestens einem vorgenannten metallischen Leiter.In alternative or additional configurations, the lamination is constructed from, contains or consists of a non-metallic conductor. Semiconductors, graphite- or silver-containing conductive polymers and graphite as well as combinations or composites thereof or combinations or composites with at least one aforementioned metallic conductor are preferred.

Da bei elektrochemischen Prozessen durch Eintrag elektrischer Energie, insbesondere bei der elektrophoretischen Trennung von Substanzen in einer Flüssigkeit, die Temperatur ansteigen kann, ist bevorzugt vorgesehen, in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zusätzlich mindestens einen Kühlfluidkanal auszubilden, der insbesondere im Wesentlichen parallel und benachbart zu dem mindestens einen mikrofluidischen Flüssigkeitskanal verläuft. In diesem kann ein Kühlfluid, beispielsweise Gas oder Kühlflüssigkeit gepumpt werden, um Wärme von dem als Elektrode fungierenden Material der Kaschierung abzuleiten. Besonders ist dabei vorgesehen, dass mindestens ein Kühlfluidkanal nicht zwischen anodischen und kathodischen Abschnitten angeordnet ist, sondern vielmehr jeweils allein innerhalb anodischer Abschnitte und/oder allein innerhalb kathodischer Abschnitte der Kaschierung verläuft, sodass vorteilhafterweise die Zufuhr von Kühlmittel, besonders dessen Leitwert oder Dielektrizität, keinen Einfluss auf die elektrochemischen (Mess-)Vorgänge an den Elektroden hat. Dies ist insbesondere bei der elektrochemischen Analyse, beispielsweise Voltammetrie, von Vorteil.Since the temperature can rise in electrochemical processes due to the introduction of electrical energy, in particular in the electrophoretic separation of substances in a liquid, it is preferably provided in the device according to the invention to additionally form at least one cooling fluid channel, which in particular is essentially parallel and adjacent to the at least one microfluidic liquid channel runs. A cooling fluid, for example gas or cooling liquid, can be pumped in this in order to dissipate heat from the material of the lamination which acts as an electrode. In particular, it is provided that at least one cooling fluid channel is not arranged between anodic and cathodic sections, but rather in each case runs solely within anodic sections and / or solely within cathodic sections of the lamination, so that advantageously the supply of coolant, especially its conductance or dielectric, does not Influence on the electrochemical (measuring) processes at the electrodes. This is particularly advantageous in electrochemical analysis, for example voltammetry.

Zur Zufuhr und Abfuhr des Kühlfluids ist insbesondere ein Kühlfluidzulauf, der in dem mindestens einen Kühlfluidkanal mündet, zur Zufuhr von Kühlfluid und mindestens ein Kühlfluidablauf, der in den mindestens einen Kühlfluidkanal mündet, zur Abfuhr von Kühlfluid vorgesehen. Bevorzugt ist dabei, dass der mindestens eine Kühlfluidzulauf und/oder der mindestens eine Kühlfluidablauf in Form einer Bohrung oder Nut in der Trägerplatte und/oder in der Deckplatte ausgebildet ist.For the supply and discharge of the cooling fluid, in particular a cooling fluid inlet, which opens into the at least one cooling fluid channel, for the supply of cooling fluid and at least one cooling fluid outlet, which opens into the at least one cooling fluid channel, are provided for removing cooling fluid. It is preferred that the at least one cooling fluid inlet and / or the at least one cooling fluid outlet is designed in the form of a bore or groove in the carrier plate and / or in the cover plate.

Wie vorstehend beschrieben, lassen sich die erfindungsgemäßen Vorrichtungen in Form von gedruckten Schaltungen (PCB) in hoher Zahl präzise und kostengünstig herstellen. Um einerseits die Leiterplatte nur einer Grundkonfiguration herstellen zu können, andererseits aber eine Anpassung an spezifische Experimentalbedingungen oder an verschiedene Betriebsarten, beispielsweise elektrochemische Analyse und Elektrophorese, an derselben Leiterplatte mit Grundkonfiguration vornehmen zu können, sieht die Erfindung in besonderer Ausgestaltung vor, dass zusätzlich mindestens eine ortsvariabel anbringbare flüssigkeitsdichte Versiegelung in dem mindestens einen mikrofluidischen Flüssigkeitskanal einbringbar ist beziehungsweise eingebracht ist. Die flüssigkeitsdichte Versiegelung hat den Zweck der individuellen Isolierung und/oder Umleitung von mikrofluidischen Flüssigkeitsströmen. Dadurch ist es möglich, gezielt die auf der Leiterplatte vorgefertigten mikrofluidischen Flüssigkeitskanäle in ihrem Verlauf zu beeinflussen und/oder bestimmte Abschnitte auf der Leiterplatte hinzu zu schalten beziehungsweise abzuschalten. Der Auftrag der variabel datierbaren flüssigkeitsdichten Versiegelung kann insbesondere in einem automatisierten Verarbeitungsprozess an insbesondere vorbestimmten Verzweigungsstellen der strukturierten Kaschierung in Grundkonfiguration durch an sich bekannte Druckprozesse automatisiert folgen, um insbesondere die Kaschierung für einen bestimmten Verwendungszweck oder eine bestimmte Betriebsart zu „programmieren“. Bevorzugt ist die flüssigkeitsdichte Versiegelung ein aushärtbares chemisch weitgehend inertes Harz oder Elastomer, insbesondere Silikonelastomer, beispielsweise E41 Silikon.As described above, the devices according to the invention in the form of printed circuits (PCB) can be produced precisely and inexpensively in large numbers. In order to be able to manufacture the printed circuit board of only one basic configuration on the one hand, but on the other hand to adapt it to specific experimental conditions or to different operating modes, for example electrochemical analysis and electrophoresis To be able to carry out the printed circuit board with the basic configuration, the invention provides in a special embodiment that at least one liquid-tight seal that can be attached in a variable manner can be introduced or introduced into the at least one microfluidic liquid channel. The liquid-tight seal has the purpose of individual isolation and / or diversion of microfluidic liquid flows. This makes it possible to specifically influence the course of the microfluidic liquid channels prefabricated on the printed circuit board and / or to switch on or switch off certain sections on the printed circuit board. The application of the variably datable liquid-tight seal can follow, in particular in an automated processing process, in particular at predetermined branching points of the structured lamination in the basic configuration by printing processes known per se, in order in particular to "program" the lamination for a specific purpose or a specific operating mode. The liquid-tight seal is preferably a curable, chemically largely inert resin or elastomer, in particular silicone elastomer, for example E41 silicone.

Die Erfindung erlaubt außerdem die Ausbildung eines monolithisch integrierten Analysechips, wobei auf der gemeinsamen Trägerplatte neben der zur Ausbildung der mikrofluidischen Kanäle vorgesehenen Kaschierung, integral und monolithisch, mindestens ein Sensor, insbesondere ein pH-Sensor und/oder ein Temperatursensor, zur Erfassung der chemischen oder physikalischen Zustände an dem mikrofluidischen Flüssigkeitskanal ausgebildet ist. Bevorzugt ist dabei, dass der mindestens eine Sensor an der Trägerplatte mit oder der Kaschierung monolithisch integriert ist. Das heißt, das Material er Kaschierung bildet mindestens einen funktionalen Teil des Sensor selbst und/oder ein Substrat für den Sensor.The invention also allows the formation of a monolithically integrated analysis chip, with at least one sensor, in particular a pH sensor and / or a temperature sensor, for detecting the chemical or physical states is formed on the microfluidic liquid channel. It is preferred that the at least one sensor is monolithically integrated on the carrier plate with or the lamination. This means that the material of the lamination forms at least one functional part of the sensor itself and / or a substrate for the sensor.

Vorteilhafterweise kann hier auf an sich bekannte Fertigungsverfahren der Leiterplattentechnologie (PCB) zurückgegriffen werden, welche eine Vielzahl von Techniken zur Realisierung von an oder in einer Leiterplatte angeordneten physikalischen oder chemischen Sensoren kennt. Hier können die Erkenntnisse aus der Mikroelektronik und Mikrosensorik unmittelbar zum Vorteil der Mikrofluidik eingesetzt werden.Advantageously, manufacturing methods of printed circuit board technology (PCB) which are known per se and which are familiar with a large number of techniques for realizing physical or chemical sensors arranged on or in a printed circuit board can be used here. Here, the findings from microelectronics and microsensor technology can be used directly to the advantage of microfluidics.

Daher ist Gegenstand der Erfindung auch eine Vorrichtung, welche neben den monolithisch integrierten Sensoren eine an der Trägerplatte monolithisch integrierte Auswerteelektronik, welche mit dem mindestens einen Sensor in Signalverbindung steht, aufweist. So kann ein vollständig eigenständig arbeitender Analysechip, insbesondere zur Trennung von Substanzen und zur Analyse von Substanzen, insbesondere zur gleichzeitig elektrophoretischen Trennung und zur elektrochemischen Analyse von Substanzen in Flüssigkeiten, bereitgestellt werden. Diese Vorrichtung bildet eine selbstständige Analyseeinheit innerhalb einer Anordnung eines Chiplabors oder dient als auswechselbare Einweg-Einheit zur Analyse von Flüssigkeiten in Laborautomaten, wobei auf eine individuelle Sterilisierung der Analyseinstrumente verzichtet werden kann. Durch die direkte Integration von Auswerteelektronik lässt sich ein Analysebaustein bereitstellen, welcher unmittelbar zur Verwendung in der elektrochemischen Trennung von Substanzen durch Elektrophorese aus Flüssigkeiten und zusätzlich oder alternativ zur elektrochemischen Analyse von Substanzen, besonders durch Voltametrie, ermöglichen. Diese Analyseeinheit lässt sich in größere analytische Systeme, insbesondere in Chiplabore oder in Laborautomaten einsetzen.The invention therefore also relates to a device which, in addition to the monolithically integrated sensors, has evaluation electronics which are monolithically integrated on the carrier plate and which is in signal connection with the at least one sensor. In this way, a completely independently working analysis chip, in particular for the separation of substances and for the analysis of substances, in particular for simultaneously electrophoretic separation and for the electrochemical analysis of substances in liquids, can be provided. This device forms an independent analysis unit within an arrangement of a chip laboratory or serves as a replaceable disposable unit for the analysis of liquids in automatic laboratory machines, whereby the individual sterilization of the analysis instruments can be dispensed with. The direct integration of evaluation electronics makes it possible to provide an analysis module which enables it to be used directly in the electrochemical separation of substances by means of electrophoresis from liquids and additionally or alternatively to the electrochemical analysis of substances, particularly by voltammetry. This analysis unit can be used in larger analytical systems, in particular in chip laboratories or in laboratory machines.

Schließlich ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung die Verwendung der hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur kontinuierlichen elektrophoretischen Trennung von Stoffen und/oder der voltametrischen Analyse einer Flüssigkeit in mikrofluidischem Maßstab, wobei insbesondere der mindestens eine erste Abschnitt der Kaschierung als Anode und der mindestens eine zweite Abschnitt der Kaschierung als Kathode dient.Finally, another object of the invention is the use of the devices according to the invention described herein for the continuous electrophoretic separation of substances and / or the voltametric analysis of a liquid on a microfluidic scale, in particular the at least a first section of the lamination as an anode and the at least a second section of the Lamination serves as the cathode.

Damit verbunden ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung auch ein Verfahren zur kontinuierlichen elektrophoretischen Trennung von Stoffen und/oder der voltametrischen Analyse einer Flüssigkeit in mikrofluidischem Maßstab unter Einsatz der hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtungen, wobei insbesondere der mindestens eine erste Abschnitt der Kaschierung als Anode und der mindestens eine zweite Abschnitt der Kaschierung als Kathode dient, enthaltend die Schritte: (a) Anlegen einer Spannung zwischen den zwei elektrisch voneinander isolierten Abschnitten der Kaschierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, (b) Ein- und Durchleiten der Flüssigkeit, gegebenenfalls enthaltend mindestens einen daraus abzutrennenden Stoff, der elektrisch geladen ist, in den mindestens einen, zwischen diesen beiden Abschnitten gebildeten mikrofluidischen Flüssigkeitskanal der erfindungsgemäßen Vorrichtung, unter Betriebsbedingungen, die ein Abtrennen, das heißt insbesondere ein Zurückhalten (Retention) des mindestens einen in der Flüssigkeit enthaltenen elektrisch geladenen Stoffs anhand seiner Ionenbeweglichkeit in der Vorrichtung, erlauben. Die Betriebsbedingungen zur Retention des Stoffes sind insbesondere, die angelegte elektrische Spannung, die Betriebstemperatur, die Durchflussrate und die Zusammensetzung des Flüssigkeitsmediums.Associated with this is a further subject of the invention also a method for the continuous electrophoretic separation of substances and / or the voltametric analysis of a liquid on a microfluidic scale using the devices according to the invention described herein, in particular the at least a first section of the lamination as an anode and the at least one a second section of the liner serves as a cathode, comprising the steps: (a) applying a voltage between the two electrically insulated sections of the lamination of the device according to the invention, (b) introducing and passing through the liquid, optionally containing at least one substance to be separated therefrom, which is electrically charged, in the at least one microfluidic liquid channel of the device according to the invention formed between these two sections, under operating conditions which cause separation, that is to say in particular retention ( Retention) of the at least one electrically charged substance contained in the liquid based on its ion mobility in the device. The operating conditions for the retention of the substance are, in particular, the applied electrical voltage, the operating temperature, the flow rate and the composition of the liquid medium.

Ein einer bevorzugten Variante ist der mindestens eine aus der Flüssigkeit aufzutrennende Stoff eine biologische Zelle oder Zellbestandteile wie Organellen oder übrige Zellbestandteile und Zellinhaltstoffe, eingeschlossen Makromoleküle und Proteine. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist daher auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur Trennung, besonders der Auftrennung von Zellen, Organellen und/oder anderer Zellbestandteile, besonders die Abtrennung oder Isolierung von Organellen oder Proteinen aus einer Suspension aufgebrochener biologischer Zellen, sowie das entsprechende Verfahren zur Trennung oder Auftrennung von Zellen, von Organellen und/oder von anderen Zellbestandteilen, besonders zur Abtrennung oder Isolierung von Organellen oder Proteinen aus einer Suspension aufgebrochener biologischer Zellen.A preferred variant is the at least one to be separated from the liquid Substance is a biological cell or cell components such as organelles or other cell components and cell contents, including macromolecules and proteins. Another object of the invention is therefore the use of the devices according to the invention for the separation, in particular the separation of cells, organelles and / or other cell components, especially the separation or isolation of organelles or proteins from a suspension of broken biological cells, and the corresponding method for Separation or separation of cells, organelles and / or other cell components, especially for the separation or isolation of organelles or proteins from a suspension of broken biological cells.

Die Erfindung wird durch die Figuren und nachfolgenden Beispiele näher erläutert, ohne dass diese beschränkend zu verstehen wären.

  • 1 zeigt eine perspektivische Schrägansicht einer ersten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Auf einem gemeinsamen Träger 10 ist eine Kupferkaschierung 30 aufgebracht, welche durch photolithographisches Ätzen in Leiterbahnabschnitte 34, 36 strukturiert ist. Dabei ist mindestens ein erster Leiterbahnabschnitt 34 ausgebildet, welcher als Anode dient, und mindestens ein zweiter Leiterbahnabschnitt 36, welcher als Kathode dient. Zusätzlich ist in der dargestellten Ausführung ein dritter Abschnitt 38 der Kaschierung ausgebildet, welcher als „Masseschicht“ der elektrischen Abschirmung und Wärmeableitung dient. Zwischen den Leiterbahnabschnitten 34, 36, 38 werden Kanäle 32, 50 auf der Trägerplatte 10 gebildet. Die Kanäle 32, 50 werden durch eine Deckplatte 20, vorliegend in Form einer Polycarbonatplatte, gegenüber Umwelteinflüssen abgedichtet. Der elektrische Anschluss an die Abschnitte 34, 36 und 38 der Kaschierung erfolgt über Lötpunkte 341, 361 beziehungsweise 381. In der dargestellten Ausführung sind drei Kanäle als Zulauf 12 in der Trägerplatte 10 ausgebildet, welche in den Zwischenraum zwischen die Abschnitte 34, 36 der Kaschierung 30 münden. Ebenso sind drei Kanäle für den Ablauf 14 in der Trägerplatte 10 ausgebildet. Erfindungsgemäß ist zwischen dem anodischen Abschnitt 34 und den kathodischen Abschnitt 36 mindestens ein mikrofluidischer Flüssigkeitskanal 32 ausgebildet. In der dargestellten Ausführung ist zusätzlich in der Trägerplatte 10 ein Kühlmittelzulauf 52 und ein Kühlmittelzulauf 54 ausgebildet, welcher jeweils in einen von dem mikrofluidischen Flüssigkeitskanal 32 getrennt verlaufenden Kühlmittelkanal 50 münden. Die spezifische Leitung der Flüssigkeiten in der strukturierten Kaschierung 30 wird durch eingebrachte, beziehungsweise ausgedruckte Punkte der Versiegelung 40 festgelegt.
  • 2 zeigt jeweils eine schematische Darstellung einer Ausführung der Erfindung in Draufsicht (2a) und in Schnittansicht (2b; Schnittlinie A in 2a). Funktionsgleiche Elemente tragen dieselben Bezugszeichen wie 1.
  • 3 zeigt jeweils eine schematische Darstellung einer Ausführung der Erfindung in Draufsicht (3) und in Schnittansicht (3a; Schnittlinie A in 3). Funktionsgleiche Elemente tragen dieselben Bezugszeichen wie in 1.
  • 4 zeigt die zeitliche Abfolge der elektrophoretischen Abtrennung von Fluoresceinisothiocyanat (FITC) in einem zwischen zwei Abschnitten der Kaschierung gebildeten Flüssigkeitskanal, wobei im Zeitverlauf das FITC-markierte Protein (hell) sich im Bereich des anodischen Abschnitts der Kaschierung (Anode) konzentriert. Die angelegte Spannung beträgt 2,5 V. Maßstab ca. 300 µm.
The invention is explained in more detail by the figures and the following examples, without these being to be understood as restrictive.
  • 1 shows a perspective oblique view of a first embodiment of the device according to the invention. On a common carrier 10 is a copper cladding 30 applied by photolithographic etching in conductor track sections 34 . 36 is structured. There is at least a first conductor track section 34 formed, which serves as an anode, and at least a second conductor track section 36 , which serves as the cathode. In addition, a third section is in the illustrated embodiment 38 the lamination, which serves as a "ground layer" for electrical shielding and heat dissipation. Between the conductor track sections 34 . 36 . 38 become channels 32 . 50 on the carrier plate 10 educated. The canals 32 . 50 are covered by a cover plate 20 , in the form of a polycarbonate sheet, sealed against environmental influences. The electrical connection to the sections 34 . 36 and 38 the lamination takes place via soldering points 341 . 361 respectively 381 , In the version shown there are three channels as an inlet 12 in the carrier plate 10 formed which in the space between the sections 34 . 36 the lamination 30 lead. There are also three channels for the process 14 in the carrier plate 10 educated. According to the invention is between the anodic section 34 and the cathodic section 36 at least one microfluidic liquid channel 32 educated. In the embodiment shown is also in the carrier plate 10 a coolant inlet 52 and a coolant inlet 54 formed, each in one of the microfluidic liquid channel 32 separate coolant channel 50 lead. The specific management of the liquids in the structured lamination 30 is shown by the introduced or printed points of the seal 40 established.
  • 2 each shows a schematic representation of an embodiment of the invention in plan view ( 2a) and in sectional view ( 2 B ; intersection A in 2a) , Functionally identical elements have the same reference numerals as 1 ,
  • 3 each shows a schematic representation of an embodiment of the invention in plan view ( 3 ) and in sectional view ( 3a ; intersection A in 3 ). Functionally identical elements have the same reference symbols as in 1 ,
  • 4 shows the chronological sequence of the electrophoretic separation of fluorescein isothiocyanate (FITC) in a liquid channel formed between two sections of the lamination, the FITC-labeled protein (light) being concentrated in the region of the anodic section of the lamination (anode) over time. The applied voltage is 2.5 V. Scale approx. 300 µm.

Beispiel: Elektrophoretische Trennung von FITCExample: electrophoretic separation of FITC

In die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß 1 wurde über den Zulauf eine Flüssigkeit enthaltend FITC eingespritzt und zwischen dem anodischen und kathodischen Leiterbahnen eine Spannung von 2,5 V angelegt. Innerhalb weniger Minuten lagern sich die FITC-Moleküle im Bereich der anodischen Abschnitte der Kaschierung an und trennen sich aus der Flüssigkeit in dem Mikrofluidkanal ab (4).In the device according to the invention 1 a liquid containing FITC was injected via the inlet and a voltage of 2.5 V was applied between the anodic and cathodic conductor tracks. Within a few minutes, the FITC molecules accumulate in the area of the anodic sections of the lamination and separate from the liquid in the microfluid channel ( 4 ).

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Trägerplattesupport plate
1212
ZulaufIntake
1414
Ablaufprocedure
2020
Deckplattecover plate
3030
Kaschierunglamination
3131
Wand der KaschierungWall of the lamination
3232
mikrofluidischer Flüssigkeitskanalmicrofluidic liquid channel
3434
erster Abschnitt (Anode)first section (anode)
3636
zweiter Abschnitt (Kathode)second section (cathode)
3838
dritter Abschnitt (Masseschirm)third section (ground shield)
341341
elektrischer Anschluss erster Abschnittelectrical connection first section
361361
elektrischer Anschluss zweiter Abschnittelectrical connection second section
381381
elektrischer Anschluss dritter Abschnittelectrical connection third section
4040
Versiegelungsealing
5050
KühlmittelkanalCoolant channel
5252
KühlmittelzulaufCoolant inlet
5454
KühlmittelablaufCoolant flow

Claims (14)

Mikrofluidische Vorrichtung, enthaltend: - eine elektrisch isolierende Trägerplatte (10) und - eine strukturierte Kaschierung (30) aus einem elektrischen Leiter, die in einer wandbildenden Schichtdicke abschnittsweise auf der Trägerplatte (10) aufgebracht ist, wobei die strukturierte Kaschierung (30) mindestens einen ersten Abschnitt (34) und mindestens einen davon elektrisch isolierten zweiten Abschnitt (36) enthält, wobei erster und zweiter Abschnitt (34, 36) in der Ebene der Trägerplatte (10) zueinander beabstandet angeordnet sind, so dass zwischen Wänden (31), die durch die Schichtdicke der Kaschierung (30) gebildet sind, dieser Abschnitte (34, 36) auf der Trägerplatte (10) mindestens ein mikrofluidischer Flüssigkeitskanal (32) gebildet ist.Microfluidic device containing: - An electrically insulating carrier plate (10) and - A structured lamination (30) made of an electrical conductor, which is applied in sections in a wall-forming layer thickness on the carrier plate (10), the structured lamination (30) comprising at least a first section (34) and at least one second section electrically insulated therefrom ( 36), the first and second sections (34, 36) being arranged at a distance from one another in the plane of the support plate (10), so that between walls (31) formed by the layer thickness of the lamination (30), these sections ( 34, 36) at least one microfluidic liquid channel (32) is formed on the carrier plate (10). Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kaschierung (30) eine auf der Trägerplatte (10) strukturiert geätzte oder gefräste Leiterbahn ist.Device after Claim 1 , wherein the lamination (30) is a conductor track which is structured etched or milled on the carrier plate (10). Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter enthaltend: - eine Deckplatte (20) welche auf der strukturierten Kaschierung (30) flächig aufliegt und den mindestens einen mikrofluidischen Flüssigkeitskanal (32) auf der der Trägerplatte (10) gegenüberliegenden Seite bedeckt, um einen geschlossenen Flüssigkeitskanal (32) zu bilden.Device according to one of the preceding claims, further comprising: - A cover plate (20) which lies flat on the structured lamination (30) and covers the at least one microfluidic liquid channel (32) on the side opposite the carrier plate (10) in order to form a closed liquid channel (32). Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter enthaltend: - mindestens einen Zulauf (12), der in den mindestens einen mikrofluidischen Flüssigkeitskanal (32) mündet, der in Form einer Bohrung oder Nut in der Trägerplatte (10) angeordnet ist, zur Zufuhr von Flüssigkeit in diesen Flüssigkeitskanal (32), und - mindestens einen Ablauf (14), der in den mindestens einen mikrofluidischen Flüssigkeitskanal (32) mündet, der in Form einer Bohrung oder Nut in der Trägerplatte (10) angeordnet ist, zur Abfuhr von Flüssigkeit aus diesem Flüssigkeitskanal (32).Device according to one of the preceding claims, further comprising: - At least one inlet (12) which opens into the at least one microfluidic liquid channel (32), which is arranged in the form of a bore or groove in the carrier plate (10), for supplying liquid into this liquid channel (32), and - At least one outlet (14) which opens into the at least one microfluidic liquid channel (32), which is arranged in the form of a bore or groove in the carrier plate (10), for removing liquid from this liquid channel (32). Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schichtdicke der Kaschierung (30) von 10 bis 50 µm beträgt oder etwa 35 µm beträgt.Device according to one of the preceding claims, wherein the layer thickness of the lamination (30) is from 10 to 50 µm or is approximately 35 µm. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Abstand der ersten und zweiten Abschnitte (34,36) zur Bildung des mindestens einen mikrofluidischen Flüssigkeitskanal (32) zueinander von 100 bis 500 µm beträgt oder etwa 300 µm beträgt.Device according to one of the preceding claims, wherein the distance between the first and second sections (34, 36) for forming the at least one microfluidic liquid channel (32) to one another is from 100 to 500 µm or is approximately 300 µm. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei elektrische Leiter der Kaschierung (30) ausgewählt ist aus der Gruppe der metallischen Leiter, enthaltend: Kupfer, Gold, Silber, Nickel, Titan, Platin und Legierungen und Verbünde davon.Device according to one of the preceding claims, wherein the electrical conductor of the cladding (30) is selected from the group of metallic conductors containing: copper, gold, silver, nickel, titanium, platinum and alloys and composites thereof. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter enthaltend: - mindestens einen Kühlfluidkanal (50), der zwischen den Wänden (31) der ersten Abschnitte (34) oder zwischen den Wänden (31) der zweiten Abschnitte (36) mindestens ein Kühlfluidkanal (50) gebildet ist.Device according to one of the preceding claims, further comprising: - At least one cooling fluid channel (50) which is formed between the walls (31) of the first sections (34) or between the walls (31) of the second sections (36) at least one cooling fluid channel (50). Vorrichtung nach Anspruch 8, weiter enthaltend: - mindestens einen Kühlfluidzulauf (52), der in den mindestens einen Kühlfluidkanal (50) mündet, zur Zufuhr von Kühlfluid, und - mindestens einen Kühlfluidablauf (54), der in den mindestens einen Kühlfluidkanal (50) mündet, zur Abfuhr von Kühlfluid.Device after Claim 8 , further comprising: - at least one cooling fluid inlet (52) which opens into the at least one cooling fluid channel (50) for supplying cooling fluid, and - at least one cooling fluid outlet (54) which opens into the at least one cooling fluid channel (50) for removal of cooling fluid. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter enthaltend: - variabel platzierbare flüssigkeitsdichte Versiegelung (40), die in den mindestens einen mikrofluidischen Flüssigkeitskanal (32) eingebracht ist, zur Isolierung und/oder Umleitung von mikrofluidischen Flüssigkeitsströmen.Device according to one of the preceding claims, further comprising: - Variably placeable liquid-tight seal (40), which is introduced into the at least one microfluidic liquid channel (32), for the isolation and / or diversion of microfluidic liquid flows. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter enthaltend: - mindestens einen Sensor, ausgewählt aus: pH-Sensor und Temperatursensor, wobei der mindestens eine Sensor an der Trägerplatte (10) mit der Kaschierung (30) monolithisch integriert ist.Device according to one of the preceding claims, further comprising: - At least one sensor selected from: pH sensor and temperature sensor, the at least one sensor on the carrier plate (10) with the lamination (30) being monolithically integrated. Vorrichtung nach Anspruch 11, weiter enthaltend: - eine Auswerteelektronik, mit dem mindestens einen Sensor in Signalverbindung steht, wobei die Auswerteelektronik an der Trägerplatte (10) monolithisch integriert ist.Device after Claim 11 , further comprising: - evaluation electronics with which at least one sensor is in signal connection, the evaluation electronics being monolithically integrated on the carrier plate (10). Verwendung der Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche zur kontinuierlichen elektrophoretischen Trennung von Stoffen und/oder der voltametrischen Analyse einer Flüssigkeit in mikrofluidischem Maßstab, wobei der mindestens eine erste Abschnitt (34) der Kaschierung (30) als Anode und der mindestens eine zweite Abschnitt (34) der Kaschierung (30) als Kathode dient.Use of the device according to one of the preceding claims for the continuous electrophoretic separation of substances and / or the voltametric analysis of a liquid on a microfluidic scale, the at least one first section (34) of the lamination (30) as an anode and the at least one second section (34 ) the lamination (30) serves as a cathode. Verwendung nach Anspruch 13, zur Auftrennung von Zellen, Organellen und/oder anderen Zellbestandteilen.Use after Claim 13 , for the separation of cells, organelles and / or other cell components.
DE102018116528.5A 2018-07-09 2018-07-09 Mikroelektrophoresechip Withdrawn DE102018116528A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018116528.5A DE102018116528A1 (en) 2018-07-09 2018-07-09 Mikroelektrophoresechip

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018116528.5A DE102018116528A1 (en) 2018-07-09 2018-07-09 Mikroelektrophoresechip

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102018116528A1 true DE102018116528A1 (en) 2020-01-09

Family

ID=68943665

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102018116528.5A Withdrawn DE102018116528A1 (en) 2018-07-09 2018-07-09 Mikroelektrophoresechip

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102018116528A1 (en)

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BARBAROS, Cetin et al.: Continuous particle separation by size via AC-dielectrophoresis using a lab-on-a-chip device with 3-D electrodes. In: Electrophoresis (2009) Vol. 30, S. 766-772. *
YI, Xu; JING, Liang et al.: Characterization of a capacitance-coupled contactless conductivity detection system with sidewall electrodes on a low-voltage-driven electrophoresis microchip. In: Anal. Bioanal. Chem. (2010) Vol 397, S. 1583-1593. *
ZHANG, Y. T.; BOTTAUSCI, M. P. Rao et al.: Titanium-based dielectrophoresis devices for microfluidic applications. In: Biomed Microdevices (2008) Vol. 10, s. 509-517 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19822123C2 (en) Method and device for the detection of analytes
DE60105979T2 (en) METHOD FOR PRODUCING MICROSTRUCTURES WITH DIFFERENT SURFACE PROPERTIES IN A MULTILAYER BODY BY PLASMA SETS
EP2708876B1 (en) Method for producing a sensor device for detecting chemical or biological species and method for producing a microfluidic device with such a sensor device.
EP2084280B1 (en) Integrated microfluidic component for purifying analyte molecules and purification method
EP3143119B1 (en) Device and method to prepare a biological sample and system for analysis of a biological sample
EP1178315A1 (en) Method and apparatus for examining cells using the patch clamp method
CN102317768B (en) An apparatus for the measurement of a concentration of a charged species in a sample
EP3265796B1 (en) Gel electrophoresis system for single cell gel electrophoresis
US6835293B2 (en) Analysis system
DE102016110856A1 (en) Electrochemical sensor with replaceable electrode assembly
WO2019090370A1 (en) Sensor cassette
US20060266648A1 (en) Process analyzer for monitoring electrochemical deposition solutions
DE19826020C2 (en) Device and method for miniaturized, highly parallel electrophoretic separation
DE60026363T2 (en) ELECTROFORETIC SEPARATION DEVICE AND RELATED USE METHOD
US7094323B2 (en) Process analyzer for monitoring electrochemical deposition solutions
DE102018116528A1 (en) Mikroelektrophoresechip
DE19927535B4 (en) Miniaturized analysis system with device for discharging substances
CN110193386B (en) Micro-fluidic chip based on dielectrophoresis/electrowetting effect
EP3073264B1 (en) Method for operating a sequencing device
WO2017129340A1 (en) Microfluidic flow cell comprising an integrated electrode, and method for manufacturing same
DE10022772C1 (en) Flow measuring system, used in medical diagnostics, chemical analysis or in biochemical analysis, comprises integrated chemical or biosensor element with plate-like support, channel-like hollow chamber and container
DE10123803C1 (en) Continuous flow analysis cell, e.g. for detecting glucose, has analysis chamber to which containment which can be filled with reagent is connected by narrow metering channel
DE102016124625A1 (en) Method of making an electrode assembly
WO2000058721A1 (en) Electrophoresis chip and device for operating an electrophoresis chip
EP1682881B1 (en) Method for separating chemical substances and/or particles, device and use thereof

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R120 Application withdrawn or ip right abandoned