DE102021133488A1 - Centrifugal Microfluidic Biochip mit zum Stofftransport vorgesehenen magnetischen Partikeln - Google Patents

Centrifugal Microfluidic Biochip mit zum Stofftransport vorgesehenen magnetischen Partikeln Download PDF

Info

Publication number
DE102021133488A1
DE102021133488A1 DE102021133488.8A DE102021133488A DE102021133488A1 DE 102021133488 A1 DE102021133488 A1 DE 102021133488A1 DE 102021133488 A DE102021133488 A DE 102021133488A DE 102021133488 A1 DE102021133488 A1 DE 102021133488A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
centrifugal microfluidic
coating
magnetic particles
fluidic system
perfluoroacrylate
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
DE102021133488.8A
Other languages
English (en)
Inventor
Katharina Dormanns
Verena Hackert
Lucca Weber
Natalie Garzorz-Stark
Kilian EYERICH
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.)
Dermagnostix De GmbH
Original Assignee
Dermagnostix 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 Dermagnostix GmbH filed Critical Dermagnostix GmbH
Priority to DE102021133488.8A priority Critical patent/DE102021133488A1/de
Publication of DE102021133488A1 publication Critical patent/DE102021133488A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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
    • B01L3/502707Containers 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
    • 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
    • B01L2200/06Fluid handling related problems
    • B01L2200/0647Handling flowable solids, e.g. microscopic beads, cells, particles
    • 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
    • B01L2300/0803Disc shape
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/16Surface properties and coatings
    • B01L2300/161Control and use of surface tension forces, e.g. hydrophobic, hydrophilic
    • B01L2300/165Specific details about hydrophobic, oleophobic surfaces
    • 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
    • B01L2400/0409Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces centrifugal forces
    • 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
    • B01L2400/043Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces magnetic forces

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

Centrifugal Microfluidic Biochip mit einem magnetische Partikel aufnehmenden fluidischen System, das eine das fluidische System wenigstens abschnittsweise auskleidende Beschichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine hydrophobe und oleophobe Perfluoracrylat-Beschichtung ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Centrifugal Microfluidic Biochip mit einem magnetische Partikel aufnehmenden fluidischen System, das eine das fluidische System wenigstens abschnittsweise auskleidende Beschichtung aufweist.
  • Centrifugal Microfluidic Biochips, auch als Centrifugal Microfluidic Bio-Disks oder zentrifugalmikrofluidische Testkartuschen bezeichnet, werden in der medizinischen Diagnostik im Rahmen von als Lab-on-a-Chip- bzw. Lab-on-a-Disk-Systemen verwendet. Diese weisen ein (mikro)fluidisches System auf, in das eine Probe eingegeben wird, die gemäß eines vorbestimmten Ablaufprotokolls mithilfe einer Analysegerät mit rotierender Einheit automatisch prozessiert werden kann. Hierbei werden einzelne Kammern der Testkartuschen innen mit Polytetrafluorethylen (PTFE; Teflon®) beschichtet, um das Mischen von Flüssigkeiten und Extrahieren bzw. den Transport von Substanzen durch magnetische Partikel zu erleichtern.
  • In der praktischen Anwendung hat sich gezeigt, dass die Qualität der Prozessierung stark von der Magnetisierbarkeit der magnetischen Partikel und dem Abstand der im mikrofluidischen System des Centrifugal Microfluidic Biochips angeordneten magnetischen Partikel zum in der Rotationsvorrichtung des Analysegeräts angeordneten Magneten abhängig sind. Problematisch ist dabei insbesondere, dass bereits eine Abstandsänderung von + 0,5 mm zu einer signifikanten Verschlechterung des Transports magnetischer Partikel innerhalb des fluidischen Systems des Centrifugal Microfluidic Biochips führen kann.
  • Hierzu zeigt 1 eine Versuchsreihe mit einem bekannten in Folientechnik hergestellten Centrifugal Microfluidic Biochip mit einem eine Mehrzahl von Kammern aufweisenden fluidischen System und einer Mehrzahl von im fluidischen System angeordneten magnetischen Partikeln. Unter Berücksichtigung des Luftspalts zwischen dem in der als Zentrifuge wirkenden Rotationsvorrichtung angeordneten Magneten und der Wandstärke des Centrifugal Microfluidic Biochips betrug der kürzeste Abstand d zwischen dem Magneten und den magnetischen Partikeln in 1A 3,6 mm, in 1B 4,1 mm und in 1C 4,6 mm. Es ist deutlich zu erkennen, dass der in 1A gezeigte vollständige Transfer magnetischer Partikel mit Zunahme des Abstands zwischen dem Magneten und den magnetischen Partikeln um jeweils 0,5 mm zunehmend unvollständig wird (vgl. 1B) und in dem in 1C gezeigten Beispiel bei einem um 1 mm vergrößerten Abstand nahezu nicht mehr erfolgt.
  • Dieser Umstand erklärt einerseits, dass Fertigungstoleranzen bei der Herstellung von Centrifugal Microfluidic Biochips quantitative Analysen erschweren. Andererseits steht das vorgenannte Problem der Entwicklung von größere Probenvolumina aufnehmenden Centrifugal Microfluidic Biochips und der Entwicklung komplex aufgebauter Centrifugal Microfluidic Biochips mit größerer Schichtdicke entgegen, bei denen magnetische Partikel zum Einsatz kommen sollen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Centrifugal Microfluidic Biochip zu schaffen, der einen guten Transfer magnetischer Partikeln innerhalb des fluidischen System des Centrifugal Microfluidic Biochips innerhalb eines großen Abstandsbereichs zum Magneten der Zentrifuge/Rotationsvorrichtung ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Centrifugal Microfluidic Biochip mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
  • Grundgedanke der Erfindung ist es, statt einer sich aufdrängenden strukturellen Änderung des etablierten Systems eines Centrifugal Microfluidic Biochips oder der den Centrifugal Microfluidic Biochip prozessierenden Zentrifuge/Rotationsvorrichtung die Eigenschaften der Innenwandung der Kammern bzw. der die Kammern miteinander verbindenden Leitungen der mikrofluidischen Testkartuschen zu ändern, um die Steuerung der Bewegung der magnetischen Partikel zu verbessern. Überraschend wurde dabei gefunden, dass sich durch eine Änderung der rheologischen Eigenschaften der die Innenwandung des fluidischen Systems auskleidenden Beschichtung mit einem sich von PTFE chemisch unterscheidenden hydrophoben und oleophoben Perfluoracrylat zugleich ein signifikant größerer Abstand des Magneten zu den magnetischen Partikeln erreichen lässt, ohne dass - bei ansonsten unveränderten Bedingungen - ein sich verringernder Partikeltransfer beobachtet werden konnte. Insbesondere ermöglicht ein vergrößerter Abstand zwischen den Magneten der Zentrifuge und den magnetischen Partikeln im Centrifugal Microfluidic Biochip die (Massen-)Fertigung eines Centrifugal Microfluidic Biochip als einfaches Spritzgussteil, sodass auf eine arbeitsaufwändige Herstellung des Centrifugal Microfluidic Biochips als Foliendisk zukünftig verzichtet werden kann. Insbesondere kann aufgrund der Erfindung erwartet werden, dass statt Foliendisks mit einer üblichen Wanddicke von etwa 0,6 mm im Spritzgußverfahren hergestellte Centrifugal Microfluidic Biochips mit einer Wandstärke von bevorzugt größer als 1 mm und besonders bevorzugt im Bereich von etwa 1,0 mm bis 1,5 mm in den bereits erhältlichen Zentrifugen problemlos verwendet werden können, ohne dass Anpassungen an den Zentrifugen vorgenommen werden müssen.
  • Erfindungsgemäß wird also ein Centrifugal Microfluidic Biochip mit einem magnetische Partikel aufnehmenden fluidischen System, das eine das fluidische System wenigstens abschnittsweise auskleidende Beschichtung aufweist, vorgeschlagen, bei dem die Beschichtung eine hydrophobe und oleophobe Perfluoracrylat-Beschichtung ist.
  • Das fluidische System des Centrifugal Microfluidic Biochips ist bevorzugt aus einer Mehrzahl von Kammern und wenigstens einer die Kammern miteinander kommunizierend verbindenden Leitung gebildet, wobei das fluidische System entweder vollständig oder auf einzelne Abschnitte des fluidischen Systems begrenzt mit der hydrophoben und oleophoben Perfluoracrylat-Beschichtung ausgekleidet sein kann. So ist insbesondere vorgesehen, dass wenigstens eine Kammer und/oder wenigstens eine Leitung des fluidischen Systems mit der hydrophoben und oleophoben Perfluoracrylat-Beschichtung ausgekleidet ist. Speziell sind diejenigen Hohlräume des fluidischen Systems mit der hydrophoben und oleophoben Perfluoracrylat-Beschichtung, in denen die vom fluidischen System aufgenommenen magnetischen Partikel angeordnet und durch die sie gegebenenfalls transportiert werden, beschichtet.
  • Insbesondere handelt es sich bei dem die Beschichtung bildenden Perfluoracrylat um ein C6-Perfluoracrylat.
  • Die Beschichtung aus Perfluoracrylat bildet weiter bevorzugt mit Wasser einen Kontaktwinkel von 115° ± 1° und ebenfalls bevorzugt mit Öl einen Kontaktwinkel von >55° aus. Dabei bewirkt die Beschichtung bei einer Benetzung mit Wasser eine Oberflächenspannung des Wassers von 8 bis 12 mN/m. Der Brechungsindex der Beschichtung beträgt 1,34 ± 0,02.
  • Die vom Centrifugal Microfluidic Biochip aufgenommenen magnetischen Partikel weisen vorteilhaft einen Durchmesser zwischen 100 nm und 2 µm auf.
  • Die Erfindung wird anhand eines in 2 dargestellten besonders bevorzugt ausgestalteten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Analog zu der in 1 gezeigten Versuchsreihe wurde vorliegend das Transferverhalten magnetischer Partikel bei einem eine Perfluoracrylat-Beschichtung aufweisenden Centrifugal Microfluidic Biochip bei einem Abstand d von 3,6 mm (2A), 4,6 mm (2B) und 5,1 mm (2C) untersucht.
  • Hierfür wurde die Innenwandung des fluidischen Systems der dargestellten zentrifugalmikrofluidischen Testkartusche mit einer als FluoroPel 800 (Cytonix, LLC; USA) erhältlichen Perfluoracrylat-Lösung beschichtet und nach dem Trocknen hinsichtlich ihrer rheologischen Eigenschaften in einer herkömmlichen Foliendisk untersucht. Es ist deutlich zu erkennen, dass - im Gegensatz zu einer Beschichtung mit Polytetrafluorethylen - selbst eine Abstandsänderung von 1,5 mm weiterhin einen vollständigen Transport der magnetischen Partikel innerhalb des fluidischen Systems der zentrifugalmikrofluidischen Testkartusche ermöglicht.

Claims (8)

  1. Centrifugal Microfluidic Biochip mit einem magnetische Partikel aufnehmenden fluidischen System, das eine das fluidische System wenigstens abschnittsweise auskleidende Beschichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine hydrophobe und oleophobe Perfluoracrylat-Beschichtung ist.
  2. Centrifugal Microfluidic Bio-Disk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Perfluoracrylat ein C6-Perfluoracrylat ist.
  3. Centrifugal Microfluidic Bio-Disk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mit Wasser einen Kontaktwinkel von 115° ± 1° ausbildet.
  4. Centrifugal Microfluidic Bio-Disk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mit Öl einen Kontaktwinkel von >55° ausbildet.
  5. Centrifugal Microfluidic Bio-Disk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung bei einer Benetzung mit Wasser eine Oberflächenspannung des Wassers von 8 bis 12 mN/m bewirkt.
  6. Centrifugal Microfluidic Bio-Disk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung einen Brechungsindex von 1,34 ± 0,02 aufweist.
  7. Centrifugal Microfluidic Bio-Disk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Partikel Nanopartikel mit einem Durchmesser zwischen 100 nm und 2 µm sind.
  8. Centrifugal Microfluidic Bio-Disk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Centrifugal Microfluidic Bio-Disk mittels Spritzgießen gefertigt ist.
DE102021133488.8A 2021-12-16 2021-12-16 Centrifugal Microfluidic Biochip mit zum Stofftransport vorgesehenen magnetischen Partikeln Pending DE102021133488A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021133488.8A DE102021133488A1 (de) 2021-12-16 2021-12-16 Centrifugal Microfluidic Biochip mit zum Stofftransport vorgesehenen magnetischen Partikeln

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021133488.8A DE102021133488A1 (de) 2021-12-16 2021-12-16 Centrifugal Microfluidic Biochip mit zum Stofftransport vorgesehenen magnetischen Partikeln

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021133488A1 true DE102021133488A1 (de) 2023-06-22

Family

ID=86606442

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021133488.8A Pending DE102021133488A1 (de) 2021-12-16 2021-12-16 Centrifugal Microfluidic Biochip mit zum Stofftransport vorgesehenen magnetischen Partikeln

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102021133488A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19933458A1 (de) 1999-07-15 2001-02-08 Eppendorf Geraetebau Netheler Einrichtung zum Handhaben von Flüssigkeitsproben, System zum Handhaben von Flüssigkeitsproben und Verfahren zum Herstellen der Einrichtung
DE102009050979A1 (de) 2009-10-28 2011-05-05 Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. Vorrichtung und Verfahren zum Steuern eines Flüssigkeitsflusses und Vorrichtung zum Verschliessen eines Entlüftungskanals
DE102019115261A1 (de) 2018-10-09 2020-04-09 GM Global Technology Operations LLC Heterophasische fäulnishemmende, lösungsmittelhaltige polymerbeschichtung mit einer fluorierten kontinuierlichen phase mit nicht-fluorierten domänen

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19933458A1 (de) 1999-07-15 2001-02-08 Eppendorf Geraetebau Netheler Einrichtung zum Handhaben von Flüssigkeitsproben, System zum Handhaben von Flüssigkeitsproben und Verfahren zum Herstellen der Einrichtung
DE102009050979A1 (de) 2009-10-28 2011-05-05 Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. Vorrichtung und Verfahren zum Steuern eines Flüssigkeitsflusses und Vorrichtung zum Verschliessen eines Entlüftungskanals
DE102019115261A1 (de) 2018-10-09 2020-04-09 GM Global Technology Operations LLC Heterophasische fäulnishemmende, lösungsmittelhaltige polymerbeschichtung mit einer fluorierten kontinuierlichen phase mit nicht-fluorierten domänen

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CH625966A5 (de)
DE102013005855A1 (de) Materialsystem und Verfahren zum Herstellen dreidimensionaler Modelle mit stabilisiertem Binder
EP2428272B1 (de) Verfahren zur hydrophoben Beschichtung von Pipettierspitzen
WO2008125081A1 (de) Verfahren zum hydrodynamischen fokussieren eines fluidstroms und anordnung
EP1262545A1 (de) Mikrostrukturen und deren Verwendung für die gerichtete Evolution von Biomolekülen
EP3685143B1 (de) Verfahren zum verformen von deformierbaren körpern und vorrichtungen dazu
DE102021133488A1 (de) Centrifugal Microfluidic Biochip mit zum Stofftransport vorgesehenen magnetischen Partikeln
DE102017217192A1 (de) Immersionsmatrix, dessen Verwendung und Immersionsvorrichtung
DE102016219832A1 (de) Kapillarrheometer
EP1489404A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer 3-D-Mikroskop-Durchflusszelle
DE102005061629B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Transport und zur Bildung von Kompartimenten
DE202008013879U1 (de) Volumenstrommessanordnung sowie Volumenstromregler mit einer Volumenstrommessanordnung
WO2001032310A1 (de) Mikrostrukturierte pipetten als dosiersysteme
EP3362777B1 (de) Fliesszelle zur analyse von partikeln in einer zu untersuchenden flüssigkeit, verfahren und verwendung
EP1444174B1 (de) Verfahren zur erzeugung von einer beschichtung auf einer hohlfaser
WO2009100988A2 (de) Röhrenförmiger multifunktionssensor in flüssigkeiten, verfahren zu seiner herstellung und verwendung
DE102008004139B3 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Hin- und Herbewegen einer Flüssigkeit über eine vorbestimmte Fläche
DE102013209176A1 (de) Verbesserte Konstruktion von Mehrlochsonden
EP1397483B1 (de) Mikrofluidsystem
DE102013001012B4 (de) Verfahren zur Herstellung von Metallnanopartikel-haltigen Polymer-Sensorpartikeln und daraus erzeugbare Sensorpartikel
DE10224725A1 (de) Mikrofluidsystem
DE10253086B4 (de) Schwebekörperdurchflußmeßgerät
DE102009037105A1 (de) Dispenser
WO2008000406A2 (de) Verfahren zur bereitstellung nanostrukturierter oberflächen auf kunststoffgegenständen, verwendung und beschichteter gegenstand
DE102015115343B4 (de) Anordnung und Verfahren für die Fluidrotation

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: DERMAGNOSTIX GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: DERMAGNOSTIX R&D GMBH, 20148 HAMBURG, DE

R016 Response to examination communication